Неоднородности распределения

По измерениям амплитуды пульсаций в {Л. 319] сделано заключение, что неоднородность псевдоожижения полидисперсного слоя увеличивается по мере выдувания пыли, являющейся по известному старому представлению Травинского (Л. 141] как бы смазкой между крупными частицами. Однако к подобному наглядному представлению следует относиться с большой осторожностью, так как позднее было показано, что бинарные смеси крупных частиц и мелочи обладают даже большей эффективной вязкостью, чем монофракционные. Очевидно, правы авторы [Л. 118], отмечая, что наиболее существенным для уменьшения неоднородности псевдоожижения является не просто присутствие в слое мелочи, а наличие широкой гаммы размеров частиц — «плавный переход от самых крупных к самым мелким». Это подтверждает рис. 1-5 из [Л. 118]. Автор [Л. 547] также сообщает об уменьшении неоднородности при широком фракционном составе слоя.

Авторы [Л. 456] провели довольно обстоятельное экспериментальное исследование. Они определяли коэффициент эффективной поперечной «турбулентной» диффузии D' газа в системе, состоявшей из слоя частиц (алунда 152—270 мкм, стеклянных шариков 203 и 280 мкм и медной дроби 105—152 мкм), псевдоожиженного азотом .в насадке из шаров (диаметром 3,2; 6,3 или 12,7 мм) или цилиндров 9,5X9,5 мм в колонке диаметром 98,5 мм. Трассером служила СО2. Закономерной зависимости D' от материала и диаметра частиц псевдоожиженного слоя не было найдено. Разброс точек из-за неоднородности псевдоожижения велик. При одинаковых Re некоторые опытные значения D' различаются в 2—

Если в ориентировочных сравнительных оценках не учитывать сильного влияния неоднородности псевдоожижения на расширение слоя, то можно воспользоваться обращенной интерполяционной формулой (1-7):

за неоднородности псевдоожижения. Разбавленный псев-доожиженный слой можно было бы получить за счет рециркуляции вынесенного материала, наподобие того как это было сделано в известных опытах Майкли и Триллинга, описанных в [Л. 141]. Однако, при раскаленном материале, такой прием представляется более сложным, чем использование факта сравнительно равномерного расширения слоя при псевдоожижении его в насадке, если насадкой сделать саму поверхность нагрева. Поэтому нами было предложено располагать теплооб-менные поверхности в псевдоожиженном слое 'ниже и выше начального уровня слоя не свободно, а как тесную насадку из теплообменных элементов, так чтобы между ними в плане имелись лишь небольшие просветы в несколько десятков или сотен диаметров частиц псевдо-ожиженного материала —«каналы» малого гидравлического диаметра. При этом, наряду с довольно равномерным псевдоожижением и сохранением достаточно высоких степеней черноты слоя выше его начального уровня мы будем иметь малое гидравлическое сопротивление слоя и особо компактное расположение теплообменных поверхностей в плане, уменьшающее габариты теплообменника.

С увеличением живого сечения примерно до 5% истирание уменьшалось, а при более высоких значениях живого сечения оно начинало снова медленно возрастать. Наличие подобного минимума в зависимости истирания от живого сечения автор [Л. 56] объясняет противоположными влияниями снижения скорости выходящих струй (при увеличении живого сечения) и повышения неоднородности псевдоожижения при этом.

развитие неоднородности псевдоожижения, осооое внимание уделяют действию динамического давления струй, втекающих в зародыши пузырей и каналов — «дефектные места» слоя, т. е. пустоты несколько большего размера, чем соседние промежутки между частицами. Наличие дефектных мест обязано неравномерной начальной засыпке материала. Динамическое давление струй поднимает частицы, находящиеся в «потолке» пустот, и таким образом удлиняет пустоты. Викке и Хедден отмечают, что для сохранения и роста пустот необходимо, чтобы подвижность частиц была несколько заторможена, в противном случае неоднородность быстро выравняется (слои, псевдоожиженные не газами, а жидкостями с высокой смазывающей способностью). Однако при этом авторы делают сомнительное допущение, что частицы заполнят пустоты под влиянием /простого гидродинамического подсасывания, тогда как обычно в пузырях наблюдается избыточное статическое давление. Необоснованным представляется также мнение Викке и Хеддена об уносе частиц со дна пустот и бомбардировке ими стенок пузыря. По-видимому, подобное явление может наблюдаться лишь в некоторых случаях— в сквозных каналах, по которым газ прорывается с большой скоростью, превосходящей не только среднюю скорость фильтрации, но и скорость свободного витания частиц. Викке и Хедден в качестве характеристики тенденции к развитию неоднородности псевдоожижения вводят коэффициент ср, представляющий собой меру отношения динамического давления на частицу при пределе устойчивости слоя к давлению тяжести (кажущемуся весу частицы, деленному на площадь ее сечения). Однородность слоя должна ухудшаться с увеличением ср. Однако, подсчитав ф для случаев псевдоожижения одинаковых частиц воздухом, а затем водой, Викке и Хедден убедились, что различие невелико (фвозд/Фвод—1,55), и отмечают, что не принятые во внимание при выводе ф силы взаимодействия между частицами как раз имеют решающее значение для слоев, псевдоожиженных газа-84

Травинский [Л. 573] при определении причин неоднородности псевдоожижения вводит в рассмотрение силы трения между частицами, исходя из представления, что в пронизываемом потоком псевдоожиженном слое появляются пузыри, как только при возрастающей скорости фильтрация силы взаимодействия между частицами — силы поверхностного трения — начинают препятствовать равномерному расширению слоя, и желательное количество среды не может более проходить через каналы между частицами. Пузыри, по мнению Травинского, имеют стабильную оболочку из частиц и всплывают в обтекающем эту оболочку псевдоожиженном слое, как в вязкой жидкости; движение их происходит под действием архимедовой силы и подчиняется закону Стокса. Размер пузырей, по Травинскому, определяется в основном временем пребывания их в месте зарождения — на газораспределительной решетке, которое в свою очередь зависит от силы трения, преодолеваемой при отделении пузыря от решетки. Избыточное (по закону Бернулли) статическое давление внутри пузыря ведет к его расширению, пока он удерживается на решетке и «питается» через отверстие последней. Пузырь отрывается, как только его величина вызовет плавучесть, достаточную для преодоления трения между частицами.

Находят объяснение и другие опытные факты, как-то: характер изменения неоднородности псевдоожижения при увеличении скорости фильтрации, уменьшении YM/YCI изменении диаметра частиц.

Из простейших соображений следует, что ие может быть сохранения неоднородности псевдоожижения, проскока пузырей и поршней во всем диапазоне скоростей фильтрации вплоть до скорости уноса. Дело в том, что скорость подъема пузырей ограничена, в лучшем случае являясь суммой двух слагаемых: скорости всплы-вания пузыря под действием архимедовой силы и скорости его перемещения в результате непрерывного обрушения частиц с «потолка» на «дно» пузыря. Следовательно, при больших, превышающих эту скорость подъема пузырей скоростях 'фильтрации пропуск 'всего «избыточного» газа в виде пузырей станет принципиально невозможным. Он прекратится, по-видимому, даже еще раньше — с того момента, когда необходимость пропуска больших количеств избыточного газа приведет к тому, что почти весь объем слоя будет занят

Выше были высказаны лишь основные, общие соображения о причинах и видах неоднородности псевдоожижения, которые, не претендуя на полноту и окончательный характер, могут помочь разобраться в конкретных случаях проявления этой неоднородности, встречающихся на практике. Естественно многообразие картин развития неоднородности, наблюдавшихся и описанных различными исследователями [Л. 459, 573, 601], так как конкретные условия в опытах были неодинаковыми. Неясны еще обстоятельства появления пустот в слоях гладких шарообразных частиц, псевдоожиженных капельными жидкостями. Подобные пустоты наблюдались в опытах Хассета [Л. 1204] и некоторых других исследователей [Л. 1105]. Хассет сообщает, что в псевдоожиженных водой слоях стеклянных шариков несколько крупнее 1 мм наблюдались горизонтальные грибообразные прослойки с пониженной концентрацией шариков, движущиеся вверх и исчезающие у поверхности слоя. При стеклянных шариках диаметром 2 мм прослойки казались уже свободными от частиц, достигали 1—5 см в ширину и поднимались со скоростью 5 см/сек при скорости фильтрации воды около 2 см/сек. Хассет предположил, что подобные пустоты могут иметь вихревую природу.

Пока нет корреляции для расчета неоднородности. Еще нет возможности количественно учесть все отмечавшиеся выше влияния (формы и характера поверхности частиц, YM/YC, рода газа, типа газораспределительного устройства, расстояния от него до рассматриваемой зоны слоя, диаметра частиц, скорости фильтрации и т. д.). Задача тем более сложна, что важно знать прорыв газа на разных уровнях слоя, размер пузырей, иметь сведения о смене в них газа, знать интенсивность перемешивания материала в слое и подобные им детали. Поэтому необходимо проведение обстоятельных систематических исследований неоднородности псевдоожижения.

При температурах ниже температуры начала рекристаллизации, наблюдается явление, называемое возвратом. При возврате (отдыхе) форма и размеры деформированных, вытянутых зерен не изменяются, но частично снимаются остаточные напряжения. Эти напряжения возникают из-за неоднородного нагрева или охлаждения (при литье и обработке давлением), неоднородности распределения деформаций при пластическом деформировании и т, д. Остаточные напряже-

Рассмотрим кратко механизм объемной прочности полимеров. Разрушению в полимерах предшествует значительная вязкотекучая деформация в окрестностях трещины, сопровождающаяся рассеянием энергии упругой деформации. Сложность оценки прочности полимеров состоит в том, что они могут находиться в нескольких физических состояниях, которые существенно отличаются по механическим свойствам и механизмам разрушения. Наличие в полимерах двух резко различающихся типов взаимодействия между атомами: больших химических сил (связей), действующих вдоль цепных макромолекул, и малых сил (слабых связей) межмолекулярного взаимодействия - определяет возникновение неоднородности распределения механических напряжений в изотропных полимерах.

Этот реактив значительно лучше воспроизводит распределение фосфора, чем все ранее упомянутые травители. Повышенная реакционная чувствительность находит выражение в постепенном переходе цветовых оттенков на поверхности (при травлении реактивом Оберхоффера такой переход значительно резче). В то время как обычные травители для выявления фосфора окрашивают сравнительно большой участок с переменным содержанием фосфора в одинаковый цветовой тон, травление тиосульфатом натрия является более дифференцированным, что особенно проявляется при исследовании неоднородности распределения фосфора в пределах макросегрегации (фосфорном скелете).

Расчет на прочность магистральных трубопроводов в настоящее время производится по методу предельного состояния, которое определяется прочностью труб на разрыв от действия статического внутреннего давления [206]. В качестве основной расчетной схемы при оценке прочности труб принята тонкостенная оболочка, находящаяся под внутренним давлением. Рассматриваемый расчет не учитывает возможной неоднородности распределения напряжений в стенке трубы, вызываемой отклонениями сечений труб от правильной геометрической формы за счет наличия валика сварного шва, смещения кромок в нем и овальности сечения в целом. Оценка

с физическим концентратором, возникающим в местах неоднородности распределения физико-механических свойств, например, в случае появления узких зон металла повышенной твердости и низкой коррозионной стойкости.

В работе [15] приводятся результаты исследования неоднородности распределения пластических деформаций при протяжке. Цилиндрический пруток разрезан по продольной оси, а на плоскости разъема наносится делительная сетка. В этой работе таким способом было изучено влияние внешнего трения между инструментом и обрабатываемым металлом.

Жизнь большинства металлов и сплавов начинается после металлургического получения слитков или отливок будущих изделий. Дальнейшая судьба металла зависит главным образом от микро- и макроструктуры материала. Металл затвердевает, но и после этого продолжается медленная перестройка его структуры под действием внутренних напряжений: они порождаются неоднородностью распределения примесей, неправильной стыковкой отдельных кристаллов и другими дефектами, образующимися при затвердении. Этот процесс стабилизации, называемый естественным старением, в крупных отливках продолжается в течение нескольких лет, изменяя размеры, форму и напряженное состояние изделия. При обработке металла ультразвуком в процессе кристаллизации такая стабилизация внутренней структуры, а следовательно, и свойств металла происходит сразу при затвердевании отливки. При этом измельчаются микро- и макрозерна, уменьшается степень неоднородности распределения включений по всему объему материала. Вследствие структурных изменений улучшаются и механические свойства металла — повышаются его прочность и пластичность.

Большие трудности связаны с получением статистических данных о несущей способности элементов конструкций. Для этого используются в основном два способа. По одному из них экспериментально определяются функции распределения характеристик усталости (или других необходимых механических свойств) для материала путем массовых испытаний лабораторных образцов. Пользуясь условиями подобия, по ним определяется циклическая несущая способность деталей. Систематические исследования усталостных свойств легких авиационных сплавов в статистическом аспекте были проведены, например, кафедрой сопротивления материалов МАТИ [7; 10; И; 14] и другими организациями [5]. Это позволило показать применимость усеченного нормально логарифмического распределения для величин долговечностей и ограниченных пределов усталости, установить зависимость дисперсий чисел циклов от уровня напряжений, построить семейства кривых усталости по параметру вероятности разрушения. На основе гипотезы прочности слабого звена были разработаны критерии подобия при усталостных разрушениях в зависимости от напрягаемых объемов с учетом неоднородности распределения

Рис. 111. Топограмма неоднородности распределения свободных носителей заряда в n-QaAs (масштаб увеличения 10 : 1) (а) и осциллограммы неоднородно-стей распределения пропускания Т (б) и концентрации свободных носителей заряда Ne (в) в сечении А—А

116. Прокопенко В. Т., Рондарев В. С., Яськов А. Д. Измерение неоднородности распределения свободных носителей заряда в сильнолегированных полупроводниках методом оптического зондирования. — «Электронная техника», 1974, сер. 8, вып. 11 (29), с. 31—34.

При сверхзвуковых режимах отклонение потока в косом срезе приводит к росту интегрального угла выхода пара сц и неоднородности распределения углов по шагу решетки. По сравнению с дозвуковым режимом и углы выхода капель аа увеличиваются. Отличие углов выхода пара в двухфазном потоке от значения Для перегретого пара достигает 40', что связано с увеличением потерь на