Неоднородного псевдоожиженного

Термодинамика имеет дело с превращениями энергии. Своеобразие превращений энергии при трении и изнашивании заключается в их многообразии. Пластическая деформация жесткопластического тела (металла, полимера) протекает в условиях неоднородного напряженного состояния, неоднородного химического потенциала и температуры. В соответствии с принципом Ле-Шателье всякое внешнее воздействие, выводящее тело (систему) из равновесия, инициирует в нем процессы, стремящиеся ослабить результаты этого воздействия. Поэтому образование разрыва сплошности материала при появлении дефектов структуры должно вызывать перенос массы окружающего материала к месту дефекта, чтобы заполнить и уменьшить разрыв. Возникновение переноса вещества при пластической деформации металла является следствием локального изменения химического потенциала в очаге деформации от его значения в сплошном металле. Таким образом, развитие процесса пластического деформирования характеризуется соотношением конкурирующих потоков энергии, стремящихся разрушить материал и противостоящих его разрушению [1].

Предел выносливости при испытаниях в условиях неоднородного напряженного состояния — изгиб, кручение, совместное действие растяжения и изгиба, растяжения и кручения и т. д. — имеет большие

Величина К (0) зависит от градиента напряжений. Влияние вида напряженного состояния на предел усталости более существенно проявляется у материалов с высокими значениями коэффициента #/G). Размеры образца не должны оказывать влияния на предел выносливости в условиях однородного напряженного состояния. В условиях неоднородного напряженного состояния эффект масштаба более су-

в котором 11т и lzm — два главных полудиаметра поверхности модели, a pt соответствуют линейному (1) и параболическому (2) распределению напряжений, Мак-Клинток [19] обнаружил, что в двух случаях неоднородного напряженного состояния выражение (16) сохраняет силу для отношения напряжений стро/о"то,

ВЛИЯНИЕ НЕОДНОРОДНОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ РАЗРУШЕНИЮ ПРИ ПОЛЗУЧЕСТИ

В случае неоднородного напряженного состояния, которое имеет место в зоне влияния кольцевого надреза, функция Bj критерия (4.12) должна принимать различные значения для разных координат г (0<г
Влияние неоднородного напряженного состояния на сопротивление

использования ее и в общем случае неоднородного напряженного состояния для нагружений, близких к простому.

159. Писаренко Г. С., Трощенко В. Т., Бугай В. И. Влияние циклических пластических деформаций на усталость металлов в условиях однородного и неоднородного напряженного состояния.— Прикладная механика, т. 1, вып. 1. Киев, 1965.

Разработанные установки позволяют проводить исследования как в условиях однородного напряженного состояния (растяжение — сжатие, кручение тонкостенных стержней) [4—6], так и в условиях неоднородного напряженного состояния (изгиб, кручение) [6—8]. В случае испытаний в условиях неоднородного напряженного состояния рассчитывались действительные значения максимальных напряжений, которые имели место в поверхностных слоях неупруго деформируемых образцов и соответствующие им действительные значения неупругих деформаций и рассеянных энергий [1, 6].

В этих формулах еа и уа — амплитуды деформаций; Ден и Дун — неупругие деформации за цикл; D — удельная энергия, необратимо рассеянная за цикл; &ф — коэффициент формы петли гистерезиса. В случае неоднородного напряженного состояния в приведенных выше формулах, как уже отмечалось, использовались действительные значения напряжений и неупругих деформаций.

Интересна и прямо противоположная попытка описания неоднородного псевдоожижения как сугубо детерминированного процесса, лишенного всяких элементов случайности. Такой подход предложен в {Л. 120]. Авторы его справедливо подчеркивают привлекательность соединения экспериментальных исследований и аналитического аппарата. Затем, полагая, что профили локальных скоростей газа могут быть получены из эксперимента, они аналитически исследуют движение твердой фазы неоднородного псевдоожиженного слоя. Сделав ряд упрощающих допущений, авторы получают уравнения движения частицы и исследуют их решения с помощью качественной теории дифференциальных уравнений. 1В результате исследования дается физическая интерпретация, объясняющая возникновение «разрывов» слоя и статистически стационарных зон повышенной концентрации твердой фазы.

Если рассматривать различные подходы к описанию неоднородного псевдоожиженного слоя с точки зрения получения количественных зависимостей для расчета технологических аппаратов с псев-доожяженным слоем и расчета масштабных переходов, то можно разделить эти подходы на две группы. К. первой относятся модели, дающие макроскопическое описание псевдоожиженного слоя как целого, обладающего определенными характеристиками переноса газовой и твердой фаз. Применяя такие модели, как, например, модель Ван-Димтера, лишь условно или косвенно учитывают действительную структуру неоднородного слоя, наличие в нем пузырей и «облаков» замкнутой циркуляции и т. п. О структуре слоя и распределений продолжительности пребывания в нем газа, а также об обратном перемешивании газа или материала косвенно судят по оценкам интенсивности переноса и т. п. параметрам, пользуясь вытекающими из условной модели корреляциями, коэффициенты в которых определяются из опытных данных.

Ко второй группе можно отнести модели, в которых пытаются описать физическую структуру неоднородного псевдоожиженного слоя, как, например, в «теории пузырей», развивавшейся Дэвидсоном, 'Гаррисоном, Роу и др. Подобный подход в принципе представляется даже более привлекательным, чем первый, если только не переоценивать точность и универсальность положенной в основу IMO-дели. Можно ожидать, что «теория пузырей» в сочетании с другой моделью, учитывающей особенности прирешеточнои зоны слоя, будет перспективна для расчета аппаратов со свободным псевдоожижен-ным слоем с пузырями. Правда, свободный псевдоожиженный слой с пузырями сам не очень перспективен для проведения процессов, лимитируемых межфазовым обменом и в этих случаях, видимо, уступит место более однородным системам, таким, как тонкие или заторможенные (насадкой, пучками труб и т. п.) псевдоожиженные слои. Возможное исключение — свободный слой крупных частиц.

Данные {Л. 475] подтверждаются и работой [Л. 464]. Проведенные там измерения скорости естественных пузырей в псевдоожиженном слое, показали даже, что на скорость движения каждого пузыря сильнее влияет расположение соседних пузырей, чем размер самого пузыря. В условиях большой концентрации пузырей они поднимаются гораздо быстрее изолированных пузырей того же объема. Этим объясняются считавшиеся аномальными опытные данные о меньшем расширении неоднородного псевдоожиженного слоя, чем расчетное по скорости подъема изолированных пузырей (поршней) максимально возможного диаметра, равного диаметру слоя. В итоге авторы [Л. 464] считают, что результаты измерений скорости изолированных пузырей мало пригодны для суждения о поведении естественных пузырей.

Расширение неоднородного псевдоожиженного слоя. Удовлетворительных корреляций расширения неоднородного псевдоожиженного слоя пока нет. Более того, до сих пор четко не условлено, что называть высотой расширенного неоднородного псевдоожиженного слоя. За высоту слоя можно принимать визуально наблюдаемую сильно пульсирующую суммарную высоту

В большинстве публикаций даже не сообщается, какому методу измерения высоты неоднородного псевдоожиженного слоя соответствуют указываемые расширения. Отметим, что соображения автора [Л. 141] о малом расширении неоднородного псевдоожиженного слоя при большой скорости подъема -пузырей относятся к плотной, а не разбавленной части слоя, так как высота выбросов материала пузырями, конечно, не уменьшается, а увеличивается с ростом скорости пузырей.

Есть не апробированные достаточно зависимости [Л. 460], связывающие условное (по визуальным наблюдениям) 'расширение неоднородного псевдоожиженного слоя со средним размером пузырей (к которому еще труднее приблизиться расчетным путем). Таким образом, зависимости в [Л. 460] скорее могут быть применены для вычисления по известному Н/Но среднего размера пузырей, а затем по нему — межфазового контактирования.

Лишь для ориентировочных подсчетов условной, визуально наблюдаемой высоты расширенного неоднородного псевдоожиженного слоя можно воспользоваться данными [Л. 141, 524] о пульсациях высоты слоя.

Подобный кооперативный эффект будет обычен для инфракрасного излучения в плотном слое и плотной «фазе» неоднородного псевдоожиженного слоя. Но при тех же длинах волн он будет пренебрежимо мал в таких системах, как взвешенный слой (топочные среды, запыленные дымовые газы), разбавленная фаза псевдоожиженного слоя и т. ,п. Можно ожидать практического отсутствия или значительного ослабления кооперативного эффекта для плотного слоя и плотной фазы псевдоожиженного слоя в случае очень крупных частиц.

229. М а р т ю ш и н И. Г., Гидродинамическая модель неоднородного псевдоожиженного (кипящего) слоя, ЖПХ, т. 40, 1967, № 3.

231. Мартюшин И. Г., С е в р ю к о в В. Н., Расширение неоднородного псевдоожиженного слоя, сб. «Процессы химической технологии. Гидродинамика, тепло- и массопередача», изд-во «Наука», 1965.