JONINIU BŪDU ĮELEKTRINTŲ DALELIŲ SKYRIMO KRITERIJUS THE CRITERION OF SEPARATION OF IONIC HIGH-ENERGY PARTICLES

Transcription

1 ISSN Žemės ūkio inžinerija. Mokslo darbai, 0, 43(), Agricultural engineering. Research papers, 0, ol 43, no, JONINIU BŪDU ĮELEKTRINTŲ DALELIŲ SKYRIMO KRITERIJUS THE CRITERION OF SEPARATION OF IONIC HIGH-ENERGY PARTICLES Aušra Požėlienė, Stefa Lynikienė, Gidas Rutkauskas Lietuos žemės ūkio uniersiteto Agroinžinerijos institutas Raudondaris, LT-543 Kauno r. El. paštas Gauta , pateikta spaudai Pateikta analitinė dalelių (sėklų) skyrimo kriterijaus kameriniame elektroseparatoriuje išraiška, įertinanti aplinkos pasipriešinimo ir elektrinio ėjo poeikį sėklų judėjimui. Pateikta: analitinės išraiškos tikrinimo metodika, patikslinta skyrimo kriterijaus analitinė išraiška, kai Reinoldso skaičius Re>0,5. Vainikinio išlydžio laukas, kamerinis separatorius, sėklų skyrimo kriterijus. ĮVADAS Joninis dalelių įelektrinimas yksta ainikinio išlydžio lauke (.i.l.), kai dalelė neturi kontakto su elektrodais []. Sėklai atsiradus unipoliariniame.i.l., jonai, judantys pagal lauko jėgų linijas, susiduria su sėkla ir nusėda ant jos. Taip sėklai suteikiamas krūis, kurio ženklas sutampa su potencialinio elektrodo ženklu. Maksimalų krūį dalelė įgauna per 0, s []. Joninis dalelių įelektrinimas yksta kameriniame separatoriuje [3], kur tarpelektrodinėje erdėje krentančias daleles eikia sunkio ir.i.l. jėgos [4]. Skyrimo kriterijumi yra dalelės trajektorijos posyrio kampo tangentas []. Darbo tikslas analitiškai aprašyti joniniu būdu įkrautų sėklų skyrimo kriterijų, įertinant ir aplinkos pasipriešinimo bei elektrinio ėjo poeikį. ANALITINIAI TYRIMAI Siekiant analitiškai aprašyti skyrimo kriterijų, reikia žinoti sėklų judėjimo trajektorijų lygtis. Sėklą, esančią kameriniame separatoriaus.i.l. ( pa.) eikia.i.l., elektrinio ėjo, sunkio ir aplinkos pasipriešinimo jėga. Aplinkos pasipriešinimo jėgą įertiname Stokso Reinoldso skaičių diapazone (Re 0,5). Sėklos judėjimo lygtys 60

2 d x m = F dt k + F F ax, () d y m = F p F ay. () dt F ay F ax F p θ F F k x y 3 y pa. Kamerinio separatoriaus schema ir sėklą eikiančios jėgos: bunkeris dozatorius; ainikinio išlydžio lauko elektrodas; 3 įžemintas elektrodas; 4 aukštos įtampos šaltinis; 5 priėmimo klasifikatorius; 6 sėklos judėjimo trajektorija; F k ainikinio išlydžio lauko, F - elektrinio ėjo, F p sunkio, F ax, F ay aplinkos pasipriešinimo jėgos dedamosios, N Fig.. The scheme of chamber type separator and the operating forces Vainikinio išlydžio lauko jėga F k 4π ε o ε E b c = Q E =. (3) + ( ε ) Φ a Elektrinio ėjo jėga 6

3 F γ oπ b c = C( Re). (4) Aplinkos pasipriešinimo jėga F 3 a 6π η = a b c K. (5) p Sunkio jėga F p = m g, (6) čia: ε o elektrinė pastoioji ε o = 8, F m - ; ε santykinė dielektrinė skarba; E.i.l. stipris, V m - ; a, b, c sėklos ilgis, plotis ir storis, m; Φ a depoliarizacijos koeficientas []; C(Re) aplinkos pasipriešinimo koeficientas [5]; γ o aplinkos (oro) tankis, kg m -3 ; elektrinio ėjo greitis, m s - ; η dinaminis oro tankis, N s m - ; K p pataisos koeficientas, įertinantis sėklos formą [5]; m sėklos masė, kg. Pasirinkę sąlygą, kad pradiniu laiko momentu sėklos greitis lygus nuliui ir išsprendę () ir () lygtis, gauname horizontaliąją sėklos judėjimo trajektorijos dedamąją, kai E = const, y = y = const. x s = x + ( + ) + b y / g A / B / B B y / g e, (7) čia: x atstumas nuo bunkerio angos iki.i.l. elektrodo, m; y sėklų judėjimo trajektorijos ertikali dedamoji, m; A, B pažymėjimai, įertinantys.i.l. ir aplinkos pasipriešinimo jėgų santykį su sėklos mase π ε o ε E b c A = 4 +, m s -, B = 6π η 3 a b c K p / m, s -. ( ε ) Φ m a Išskleidę rodiklinę funkciją eilute ir atlikę reikalingus pertarkymus, gauname trajektorijos horizontalios dedamosios lygtį ( A B) y / g x s = x + +. (8) 6

4 Iš čia matome, kad sėklų judėjimo trajektorijos horizontali dedamoji priklauso nuo jų biometrinių rodiklių, lauko stiprio, elektrinio ėjo greičio ir kritimo aukščio. Nesant pradinio sėklos greičio, sėklos judėjimo trajektorija yra tiesė, kurios kampo tangentas su ertikale bus ( A + B) g tg θ = /. 9) Įertinus Reinoldso skaičių [5] Re = γ 3 a b c / η, (0) o kai E = const ir pažymėjimuose A, B eliminaus narius, kurie nepriklauso sėklos saybėms, trajektorijos posyrio kampo tangentas bus proporcingas dydžiui C = + ε b c + Φ m ( ε ) a K ( a b c) 3 p m. () Gautas dydis ir yra elipsoidinių dalelių skyrimo kriterijus kameriniame separatoriuje. Pirmasis () lygties narys yra sėklų skyrimo kriterijus, kai įertinama tik.i.l. ir sunkio jėgos. Antrasis narys atsiranda įertinus aplinkos pasipriešinimo ir elektrinio ėjo poeikį. Lygtį () reikėtų patikslinti, nes ji gauta Stoksiniame Reinoldso skaičių diapazone, o realiomis sąlygomis, dėl turbulentinio elektrinio ėjo pobūdžio, Re>0,5. Tyrimų metodika Skyrimo kriterijaus analitinė išraiška gauta sprendžiant () ir () lygtis, kur aplinkos pasipriešinimo jėga dėl lygčių sprendimo supaprastinimo įertinta Stokso formule. Remiantis (8) lygtimi apskaičiuojame horizontalę trajektorijos dedamąją (patekimo į klasifikatoriaus skyrius abscisę, kai y = y = const.) x s 00 raudonųjų dobilų sėklų. Mūsų ateju x = 0,03 m, y = 0,5 m, atstumas tarp elektrodų 0, m, o elektrodų sistema eilė laidų eilė laidų leidžia sėkloms laisai išeiti iš tarpelektrodinės erdės ir patekti į skirtingus klasifikatoriaus skyrius. V.i.l. stipris E = 0 5 V m -. Gautos abscisių reikšmės leidžia suskirstyti tą atstumą į interalus, nustatyti į juos pakliuusių sėklų skaičių ir sudaryti ariacinę sėklų pasiskirstymo kreię. Eksperimentinis sėklų pasiskirstymo klasifikatoriuje patikrinimas atliekamas su 00 raudonųjų dobilų sėklų trimis pakartojimais. Sėklos laisu kritimu patenka į tarpelektrodinę erdę, kurioje lauko stipris E= 0 5 V m -. Nustatomas sėklų kiekis, patekęs į atskirus klasifikatoriaus skyrius. 63

5 Eksperimentiniu ir analitiniu būdu gautų sėklų pasiskirstymo klasifikatoriuje palyginimas leistų patikslinti išraišką (8), o tuo pačiu ir skyrimo kriterijų. Tyrimų rezultatai Atlikti analitiniai ir eksperimentiniai tyrimai. lentelėje pateikti duomenys tų kreiių sudarymui. lentelė. Analitiniu ir eksperimentiniu būdu gautų sėklų kiekis klasifikatoriaus skyriuose Table. The number of seeds in the sections of classifies obtained by analytical and experimental way Skyriaus Nr Interalo dydis, 0 - m Vidutinis interalo dydis, 0 - m,5 4,5 7,5 0,5 3,5 6,5 9,5,5 Analitiškai apskaičiuotų sėklų skaičius interale, n, nt Eksperimentiškai gautų sėklų kiekis interale, n e, nt n, nt 80 Sėklų pasiskirstymo funkcijos klasifikatoriaus skyriuose parodytas pa Interalai, 0 - m pa. Sėklų pasiskirstymo funkcija klasifikatoriaus skyriuose: skaičiuota; eksperimentinė Fig.. The function of seeds distribution in the section of classifier 64

6 Prielaidą apie eksperimentinio sėklų pasiskirstymo atitikimą analitiškai gautam pasiskirstymui pairtina koreliacijos koeficientas r = 0,99. Tai leidžia daryti išadą, jog aplinkos pasipriešinimo ir elektrinio ėjo jėgų įertinimas yra būtinas, nagrinėjant smulkių sėklų atskyrimo procesą. Vidutinė sertina sėklų nukritimo abscisių x s apskaičiuota pagal (8) lygtį, reikšmė % didesnė už reikšmę, apskaičiuotą iš eksperimento duomenų. Atliekant eksperimentą, buo pastebėta, kad nukritimo abscisės priklauso nuo sėklų masės. Skaičiuotų ir eksperimentiškai gautų nukritimo abscisių santykio priklausomybė nuo sėklų masės parodyta 3 pa. 7 x s /x e 6,5 6 5,5 5 4,5 4 x s /x e = -,5999m + 0,378m - 3,763 R = 0,985,5,5 3 m, 0-6 kg 3 pa. Santykio x s /x e priklausomybė nuo sėklos masės m Fig. 3. The dependence of x s /x e correlation from seeds mass m Įertinus nustatytą priklausomybę, formulę (8) galima papildyti = α m + β m + γ ( x + ( A + B) y / g) x Patikslinta skyrimo kriterijaus išraiška. () C = α m + β m + γ + ε b c K + Φ m ( ε ) a ( a b c) 3 p m. (3) () ir (3) lygtyse α, β, γ - regresijos lygties x s /x e = f(m) koeficientai. 65

7 Išados. Analitiškai gauta sėklų skyrimo kriterijaus išraiška, įertinanti aplinkos pasipriešinimo ir elektrinio ėjo jėgas, kai Re 0,5.. Sudarytos sėklų pasiskirstymo funkcijos klasifikatoriuje kreiės pagal analitinius ir eksperimentinius tyrimus (koreliacijos koeficientas r = 0,99). 3. Pateikta skaičiuotų ir eksperimentiškai gautų nukritimo abscisių santykio priklausomybė nuo sėklų masės. 4. Remiantis eksperimento duomenimis, skyrimo kriterijaus išraiška patikslinta, kai Re > 0,5. Literatūra. Верещагин, И.П. и др. Основы электрогазодинамики дисперсных систем. Москва, «Энергия», 974, 48 с. с илл.. Басов, А.М. и др. Электротехнология. Москва, «Агропромиздат», 985, 56 с. с илл. 3. Požėlienė, A., Lynikienė, S., Gulbinas, A. Specialaus žolių sėklų alymo matematiniai modeliai. Žemės ūkio inžinerija. Mokslo darbai, 008, 40(), p Дондоков, Д.Д. Электротехника. Улан-Уде, изд. Бурятского госуниверситета, 007, 59 с. с илл. 5. Сильные электрические поля в технологических процессах. Под. Ред. В.И.Попкова, Москва, «Энергия», 97, 304 с. с. илл. Aušra Požėlienė, Stefa Lynikienė, Gidas Rutkauskas THE CRITERION OF SEPARATION OF IONIC HIGH-ENERGY PARTICLES Abstract The analytical expressions of seeds separation criterion in the corona discharge field are produced. Receied expression take into account the influence of following strengths: corona discharge field, electric wind, air resistance and weight. The method of experimental inestigation is present. A more precise definition of separation criterion is presented. The analytical and experimental inestigations carry out on the base of chamber type separator. Corona discharge field, chamber type separator, criterion of separation. 66

8 А. Пожелене, С. Линикене, Г. Руткаускас КРИТЕРИЙ РАЗДЕЛЕНИЯ ИОГНЫМ СПОСОБОМ ЗАРЯЖЕНННЫХ ЧАСТИЦ Резюме Приведено аналитическое выражение критерия разделения семян в поле коронного разряда камерного сепаратора с учетом сил сопротивления среды и электрического ветра. Представлена методика экспериментальных исследовании для уточнения аналитического выражения критерия разделения и формула уточненного выражения критения. Поле коронного разряда, камерный сепаратор, критерый разделения. 67