Учебное пособие 1978

УДК 621.1

В.Н. Старов, Д.В. Старов

РАЗНОВИДНОСТЬ КОЛОНОК ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОБЕДНЕНИЯ

Исследованы особенности конструкций активных зон колонки, влияющих на «обеднение процесса»

Большинство известных электрохимических колонок представляют собой электрохимическую систему из двух частей (зоны I и II), в которой есть анод (один-1 элемент), помещенный в расплав (второй-2 элемент) и катод (третий-3 элемент), тоже помещенный в расплав (четвертый-4 элемент). Расплавы 2 и 4 одинаковы по составу, но диэлектрически разделены между собой не менее, чем двумя стенками (это элемент пятый-5, однако он насчитывает много различных твердых деталей из проницаемых для электронов материалов, например, кварцевого стекла).

На всю систему и между стенками, имеющими зазор в известных способах он назван «пространственным промежутком». На систему в процессе работы осуществляется наложение внешнего электрического поля. Это происходит в присутствии среды инертного газа, давление которого регулируют специальной системой.

Всозданной системе анод - расплав - стенкирасплав - катод

втекущее время анодного процесса, регулированием напряжения в электрической цепи анода, соединѐнного с источником напряжения, катод которого заземлѐн, накапливают распределѐнные по объѐмам положительные заряды, поля которых с полем заряда анода поляризуют – ориентируют. Они смещают – структурные элементы и частицы расплава, с подавлением, по мере накопления объѐмного заряда, подвижности (поляризацией) целого – расплава и соответственно анодного процесса. Сложением действующего потенциала заряда анода с потенциалом заряда расплава дополняют электрическое поле анода и создают электрическим полем заряда расплава и электрическим полем анода, составляющего с расплавом названную систему. В процессе работы меем распределенное электрическое поле относительно стенок, ограничивающих эту систему, в том числе наложенное на расплав стеклообразующей многокомпонентной смеси, находящийся в объеме, ограниченном твердыми стенками из кварцевого стекла. В зоне II расплав 4 и катод 3 находятся в сопряже-

41

нии с проводником 1-го рода.

Наложением электрического поля системы, в которой анод, на расплав стеклообразующей многокомпонентной смеси, производят вырыв электронов из этого расплава и потоком электронов замыкают электрическую цепь включающую названную систему. Поле, проводник 1-го рода, расплав (4), с образованием в этой электрической цепи постоянного тока и приобретенный расплавом положительный объемный заряд, который индуцирует в проводнике 1-го рода отрицательный заряд и таким образом создают разность потенциалов, действием которых подвижные катионы удаляют из на (в) проводник 1-го рода.

Вколонке печью и регулирующим устройством поддерживается заданная температура из требуемого ряда температур (твердоподобного, жидкоподобного, пароподобного и газоподобного агрегатного состояния веществ(а) выделившейся массы).

Всеми этими указанными процессами концентрацию подвижных катионов в расплаве (4) обедняют с понижением до заданной величины, с выделением в обеднение процессе на (в) проводнике 1-го рода массы веществ(а).

Данные выделенные вещества, включая металлы, сорта подвижных катионов, в присутствии газов, которые инертны относительно расплава и выделившейся массы, в требуемой температуре, и

сприобретением веществом расплава сочетания химических элементов, характеризуемого нестехиометрией химического состава или с выделением в обеднение процессе на (в) проводнике 1- го рода массы веществ(а), являются одним из продуктов процесса.

Впоследствии расплав (4) охлаждают специальным устройством с получением однофазового стеклообразного материала вещества нестехиометрического состава.

Взависимости от скорости охлаждения получаемое вещество находится в аморфном (стекло) или кристаллическом состоянии (стеклокристаллические материалы) с желаемыми геометрическими параметрами и формой расплава, предшествующего затвердеванию или с разрушением отвердевшего расплава на макрочастицы заданных размеров и с получением материала – сопутствующего – веществ (а) массы, выделившейся из расплава в обеднение процессе, включая металлы, сорта подвижных катионов, в агрегатном состоянии веществ(а) выделившейся массы согласно температуре, выбранной из названных температур.

42

Наложение электрического поля дополняют нестационарным магнитным полем, характеризуемым возникновением электродвижущей силы (ЭДС). Она формируется, когда в сопряжении с проводником 1-го рода находится расплав источников ЭДС. Объясняется возникновение ЭДС следующими факторами:

– стеклообразующим многокомпонентным расплавом (4) смеси, поляризованной собственными, накапливаемыми в процессе вырыва из расплава (4) электронами;

-наложенным электрическим полем, распределѐнными по объемам положительными электрическими зарядами, поля которых поляризуют – ориентируют, смещают - структурные элементы; частицы расплава с образованием, в процессе поляризации, структур, создающих нестационарное магнитное поле расплава, характеризуемое возникновением электродвижущей силы, с приобретением веществом расплава, в обеднение процессе выделения на проводнике 1-го рода массы веществ(а);

-сорта подвижных катионов расплава;

-сочетания химических элементов, характеризуемого нестехиометрией химического состава, и расплав (4), который выдерживают в интервале температур накопления распределѐнных по объѐмам в этом расплаве положительных электрических зарядов для получения в расплаве (4) названных структур;

-накоплению распределѐнных по объѐмам в этом расплаве положительных электрических зарядов, названные структуры до заданной величины, соответствующей выбранной температуре, в которой электрические поля зарядов поляризуют целое – расплав и процесс вырыва электронов из расплава (4), в текущее время поляризации, подавляется и подавляется накопление в расплаве объемного положительного электрического заряда и названных структур,

сполучением материала, содержащего структуры, создающие нестационарное магнитное поле, характеризуемое электродвижущей силой (ЭДС);

-вещества нестехиометрического состава в интервале температур, предшествующих и включающих температуру подавления, в текущее время поляризации расплава полями электрических зарядов, вырыва электронов из расплава, и наложенное на расплав (4) электрическое поле дополняют нестационарным магнитным полем,

свозникновением ЭДС в проводнике 1-го рода (13),

-также тем, что в замкнутой потоком вырываемых электро-

43

нов из расплава (4) электрической цепи, включающей систему анода и расплава, проводник 1-го рода, расплав, а пропусканием постоянного тока в этой электрической цепи удаляют подвижные катионы из расплава (4) на проводник 1го рода, а их концентрацию обедняют с понижением до заданной величины, с выделением в обеднение процессе на (в) проводнике 1-го рода массы веществ, включая металлы, сорта подвижных катионов расплава 4.

Выше перечисленные особенности физико-химических процессов, приводящие к образованию ЭДС в колонке, требуют различных устройств, это могут быть дополнительные управляющий электроды, нагрузочные устройства или что-то иное.

К тому же в исследуемом перечне необходимых для реализации обеднение процесса узлов и устройств указано, что проводники анода (1) и проводники катода(3) снабжены стержнямиэлектродами, что необходимо для эффективности изменения концентрации подвижных катионов магнитным и электрическим полями.

Для достижения нового результата с целью достижения управляемой равномерности накапливания и распределения по объѐмам положительных зарядов, поля которых с полем заряда анода поляризуют – ориентируют, смещают – структурные элементы и частицы расплава, предложено в колонку ввести большую ванну с анодом, которая охватывает собой меньшую ванну с катодом. Эта схема расположения по типу коаксиальной схемы (одна в другой).

Причем по всему периметру большой анодной ванны в зонах пространства с боков и с верху контура расположены дополнительные стержни – электроды, а в катодной ванне стержниэлектроды расположены объемно по всей зоне ванны в полусферообразной форме веера - «ежа», при этом электроды катодной зоны расположены к ближнему электроду анодной зоны навстречу или под углом к ним, а по внешним боковым поверхностям всей созданной коаксиальной системы в форме ванн анод-катод расположены охватывающие ванны, чередующиеся магнитные полюса, в форме расположенных друг над другом ярусов, которые создают дополнительное внешнее электромагнитное поле, накладываемое на совместно работающие анодную и катодную ванны.

Предложенная конструкция устройства колонки обеспечиваетповышениепроизводительности процесса получения полиматериалов, снижения времени разгонки на начальной стадии работы колонки и повышение качества получаемых разнородных материа-

44

лов за счет коакстального расположения ванн, на которые электрические поля действуют особым образом, повышение управляемости процессом достигается за счет дополнительных магнитных полей.

Таким образом, в рассмотренной конструкции достигается увеличение производительности процесса и надежности еѐ работы.

Воронежский государственный технический универсистет

УДК 621

Е.А. Балаганская, Ю.С. Заворыкина

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ МЕТОДИКА РАБОТЫ ПО РАСЧЕТУ СТАТИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ 3D МОДЕЛИ

СЛИНЕЙНЫМИ СВОЙСТВАМИ МАТЕРИАЛОВ

ИНЕЛИНЕЙНОЙ ПРОКЛАДКОЙ

В работе представлены результаты проведения прочностного анализа при проектировании насосного оборудования нового поколения для нужд промышленных предприятий г. Воронежа

Внедрение продукта AutodeskSimulationMultiphysics 2013 в

учебный процесс подготовки студентов, специализирующихся на информационных технологиях в промышленном дизайне, позволяет подготавливать специалистов, владеющих современными средствами инженерного анализа. А именно прочностной расчет является основным при создании новой техники и разработке новых технологий.

При изучении данной дисциплины студенты получают знания основных понятий и теорем механики, позволяющие проектировать изделия. Они учатся проводить проектировочные и проверочные расчеты пространственных конструкций. Студенты овладевают методами, позволяющими проводить инженерный анализ, основанный на прочностном расчете. Прочность является основным критерием надежности и работоспособности изделия, поэтому прочностной расчет является одним из самых распространенным инженерным анализом конструкций. Курс дисциплины позволяет дать основные понятия, методики проведения таких расчетов.

Примером применения данной программы на практике является прочностной расчет, проведенный для аналога центробежного

45

насоса нагруженного внутренним давлением. Модель аналога насоса была создана в программе AutodeskInventor. Модель разрабатывалась в упрощенном виде со сглаженным контуром, с учетом характерных особенностей конструкции. На прочность рассчитывался верхний и нижний корпус насоса. Фланцевое соединение корпусов осуществляется анкерными болтами. В программе предусмотрена возможность заложить прокладку с нелинейными свойствами.

На рис. 1 показана разработанная модель насоса с частями корпуса, соединенными анкерными болтами.

После создания модели и разбиения ее на конечные элементы определяются граничные условия: закрепления, нагрузка (внутреннее давление q).

Рис. 1. Модель аналога насоса

На рис 2 показана нижняя часть корпуса насоса с приложенным внутренним давлением и закреплением на опорах.

В результате расчета получены поля распределения перемещений (рис.3) и напряжений (рис.4) на корпусе насоса. На рис. 5 показан коэффициент безопасности, рассчитанный из условия, что допускаемое напряжение равно 50 МПа.

Картина распределения перемещений показала что при определенном давлении возможно расхождение стыка в месте

46

соединения нижнего корпуса и крышки насоса. Это хорошо видно на увеличенном фрагменте стыка (рис.6).

Рис. 2. Нагрузки и закрепления нижней части корпуса насоса

Рис. 3. Перемещений в корпусе насоса под действием внутреннего давления

47

Рис. 4. Эквивалентные напряжения по Мизесу

Рис. 5. Коэффициент безопасности

Продукты компании Autodesk позволили организовать учебный процесс на высоком современном уровне. Использование про-

граммы AutodeskSimulationMultiphysics 2013 дало возможность при-

вивать студентам культуру проведения прочностных расчетов, ответственность за проведенный расчет, а так же уменьшить время, затраченное на анализ конструкции и сократить количество оши-

48

бок. Наглядность механических явлений, визуализация модели, доступность в освоении программы сыграли основную роль в выборе этой программы.

Рис. 6. Смещения узлов (раскрытие стыка)

Воронежский государственный технический университет

УДК 542.047

А.П. Бырдин, Н.В. Заварзин, А.А. Сидоренко

РАЗРЕШЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ ОБМЕНА В ОЖИЖЕННОМ СЛОЕ С НАПРАВЛЕННЫМ ДВИЖЕНИЕМ ФРАКЦИЙ

Аналитическими методами исследованы процессы обмена, модели которых базируются на известных соотношениях баланса масс и теплоты. Построено приближенное решение системы модельных уравнений, описывающих кинетику температур и влагосодержаний дисперсного материала и теплоносителя. Приведены условия корректности используемого приближения

1. В настоящей работе в качестве модельных уравнений, описывающих процессы массо- и теплообмена между дисперсной и

49

непрерывной подсистемами слоя во втором периоде сушки приняты соотношения работы [1]. Вместе с тем, в качестве дополнительных условий мы пренебрегаем теплообменом между стенкой сушильной камеры и псевдоожиженным слоем, а также – между стенкой аппарата и внешней средой. В отличие от работы [1], в которой уравнения модели решаются численными методами, в настоящей работе для разрешения модели применяются аналитические методы. Для уравнения массообмена, сформулированных в виде уравнений для теплоемкостей материала и теплоносителя, получены точные решения. Уравнения, описывающие теплообмен между подсистемами слоя, решаются методом возмущений [2] в предположении малости отношения коэффициента сушки к массовому расходу теплоносителя.

2. Из соотношений баланса масс по влаге для дисперсной и непрерывной фракций слоя вытекают следующие уравнения для теплоемкостей этих подсистем

50