Аналіз впливу аеродинамічних якостей компонент сумішей на сепарування в енергозберігаючих вихрових апаратах

The object of research is gas-dynamic vortex processes in heterogeneous polydisperse flows. One of the most problematic issues is the determination of the aerodynamic characteristics of the components of a heterogeneous polydisperse medium, which are necessary to create a mathematical model of the separation process. The study used methods of mathematical modeling based on the theory of similarity. A technique has been developed for assessing the aerodynamic parameters of mixture components, on the basis of which a number of aerodynamic similarities have been compiled. The coefficients of lift, aerodynamic drag, lateral force, longitudinal, transverse and rotational moments of the components of the grain mixture are obtained. This is necessary for theoretical studies of gas-dynamic processes in vortex separators in unsteady three-dimensional flow with variable flow density, concentration and flow rate of the separated mixture components and the carried fractions. The Reynolds vibration criterion is obtained, based on which the trajectories and energy of the vortex motion of individual components and the separation degree of heterogeneous mixtures are determined. This allows to improve the mathematical model of the distribution process of heterogeneous polydisperse mixtures in the proposed energy-saving vortex separators. The obtained results provide the basis for improving the general theory of heterogeneous vortex flows by introducing an external disturbance criterion that takes into account the drag of the vortex force field and the amplitude-frequency energy level. Thanks to this, it is possible to evaluate the influence of any argument in the desired function. The research results make it possible to automate the analysis of process characteristics and compare them by parameters with experimental data. And also to evaluate the correspondence of dynamic, kinematic and gas-dynamic functions calculated from the given geometric parameters of the vortex devices with the functions obtained from the averaged values. These data makes it possible to work out a range of variations in the parameters of the geometric design of vortex apparatuses by zones, parameters at the inlet, outlet, and degrees of separation, minimize the number of manufactured laboratory and semi-industrial vortex apparatuses, and unify a number of units. Compared with similar known separators, vortex apparatuses are proposed that reduce the cost of preparing raw materials in the grain mill area by a factor of tens due to the elimination of moving working parts, assemblies and screens.Объектом исследования являются газодинамические вихревые процессы в гетерогенных полидисперсных потоках. Одним из самых проблемных вопросов является определение аэродинамических характеристик компонент гетерогенной полидисперсной среды, которые необходимы для создания математической модели процесса сепарирования. В ходе исследования использовались методы математического моделирования на основании теории подобия. Разработана методика оценки аэродинамических параметров компонент смеси, на основании которой впервые составлен ряд аэродинамического подобия. Получены коэффициенты подъемной силы, аэродинамического сопротивления, боковой силы, продольного, поперечного и вращательного моментов составляющих зерновой смеси. Это необходимо для теоретических исследований газодинамических процессов в вихревых сепараторах при нестационарном трехмерном течении с переменными плотностью потока, концентрацией и расходом составляющих сепарированной смеси и несомых фракции. Рассчитан вибрационный критерий Рейнольдса, на основании которого определяются траектории и энергия вихревого движения отдельных компонент и степень разделения гетерогенных смесей. Это позволило усовершенствовать математическую модель процесса распределения гетерогенных полидисперсных смесей в предложенных энергосберегающих вихревых сепараторах. Полученные результаты дали основание для совершенствования общей теории гетерогенных вихревых потоков путем введения критерия внешнего возмущения, который учитывает сопротивление вихревого силового поля и амплитудно-частотный энергетический уровень. Благодаря этому обеспечивается возможность оценки влияния любого аргумента в искомую функцию. Результаты исследований позволили автоматизировать анализ характеристик процесса и сравнения их по параметрам с экспериментальными данными. А также оценить соответствие динамических, кинематических и газодинамических функций, рассчитанных по заданным геометрическим параметрам вихревых аппаратов с функциями, полученными по усредненным значениям. Эти данные позволили отработать диапазон вариаций параметров геометрического оформления вихревых аппаратов по зонам, параметрам на входе, выходе и степенях сепарации, минимизировать количество изготовленных лабораторных и полупромышленных вихревых аппаратов и унифицировать ряд узлов. По сравнению с аналогичными известными сепараторами предложенные вихревые аппараты обеспечивают уменьшение затрат на подготовку сырья в зерноперерабатывающей области в десятки раз вследствие устранения подвижных рабочих деталей, узлов и ситОб'єктом дослідження є газодинамічні вихрові процеси у гетерогенних полідисперсних потоках. Одним з найбільш проблемних питань є визначення аеродинамічних характеристик компонент гетерогенного полідисперсного середовища, які необхідні для створення математичної моделі процесу сепарування. В ході дослідження використовувалися методи математичного моделювання на підставі теорії подібності. Розроблено методику оцінки аеродинамічних параметрів компонент суміші, на підставі якої складено ряд аеродинамічної подібності. Отримано коефіцієнти піднімальної сили, аеродинамічного опору, бічної сили, повздовжнього, поперечного та обертального моментів складових зернової суміші. Це необхідно для теоретичних досліджень газодинамічних процесів у вихрових сепараторах при нестаціонарній тривимірній течії з перемінними густиною потоку, концентрацією та витратою складових сепарованої суміші та несомої фракції. Отримано вібраційний критерій Рейнольдса, на підставі якого визначаються траєкторії й енергія вихрового руху окремих компонент та ступінь поділу гетерогенних сумішей. Це дозволило удосконалити математичну модель процесу розподілу гетерогенних полідисперсних сумішей у запропонованих енергозберігаючих вихрових сепараторах. Отримані результати дали підставу для удосконалення загальної теорії гетерогенних вихрових потоків уведенням критерію зовнішнього збурення, який враховує опір вихрового силового поля та амплітудно-частотний енергетичний рівень. Завдяки цьому забезпечується можливість оцінки впливу будь-якого аргументу на шукану функцію. Результати досліджень дозволили автоматизувати аналіз характеристик процесу й порівняння їх по параметрах з експериментальними даними. А також оцінити відповідність динамічних, кінематичних і газодинамічних функцій, розрахованих по заданих геометричних параметрах вихрових апаратів з функціями, отриманими за усередненими значеннями. Ці дані дозволили відпрацювати діапазон варіацій параметрів геометричного оформлення вихрових апаратів по зонах, параметрах на вході, виході та ступенях сепарації, мінімізувати кількість виготовлених лабораторних і напівпромислових вихрових апаратів і уніфікувати ряд вузлів. У порівнянні з аналогічними відомими сепараторами запропоновані вихрові апарати забезпечують зменшення затрат на підготовку сировини у зерноперероблювальній галузі у десятки разів внаслідок усунення рухливих робочих деталей, вузлів і сит

Встановлення залежності показника міцності композитного матеріалу напірних пожежних рукавів від характеру одиночних пошкоджень

Experimental studies are presented and the dependence of the change in the strength of the material of a pressure head fire hose of type T with an inner diameter of 77 mm in the longitudinal direction is established, taking into account single damages. The work describes the plan of the experiment and carried out a number of field experiments to determine the effect of the length ld and the depth K damage on the strength F of the hose material, that is, obtaining the dependence F=f (ld, K). A mathematical method of experiment planning was used and a plan was drawn up for a complete multivariate experiment of type 2k with an acceptable model accuracy of 5 %. The limits of variation of the factors are set taking into account a priori information, experimental capabilities and on the basis of the results of preliminary search experiments. The dependence in the coded and natural values of the factors is obtained. The reliability of the relationship was checked using the Fisher test, the calculated value of which was 5.98, which confirms the adequacy of the described process with a probability of 95 %. Analyzing experimental studies of the dependence of the change in the strength of the hose material on the length and depth of damage, it can be said that the change in the strength of the hose almost linearly depends on the specified damage parameters. It is found that with increasing damage, the strength of the hose material significantly decreases. When varying the length factor and the greatest depth of damage, K=0.4 mm, the strength of the hose material decreases from 11.67 kN to 8.77 kN, and in percentage terms by 25 %. The results obtained can be used in practical units of emergency rescue teams, when diagnosing hidden damage in pressure head fire hoses in order to prevent their failure in case of firesПредставлены экспериментальные исследования и установлена зависимость изменения прочности материала напорного пожарного рукава типа Т с внутренним диаметром 77 мм в продольном направлении с учетом одиночных повреждений. В работе описан план проведения эксперимента и проведен ряд натурных экспериментов с целью определения влияния длины lд и глубины К повреждение на прочность F материала рукава, то есть получение зависимости F=f (lд, K). Использован математический метод планирования эксперимента и составлен план полного многофакторного эксперимента типа 2k с допустимой точностью модели 5 %. Пределы варьирования факторов устанавливаются с учетом априорной информации, экспериментальных возможностей и на основе результатов предварительных поисковых экспериментов. Получена зависимость в кодированных и натурных значениях факторов. Достоверность зависимости было проверено с помощью критерия Фишера, расчетное значение которого составляло 5,98, что подтверждает адекватность описанного процесса с вероятностью в 95 %. Анализируя экспериментальные исследования зависимости изменения прочности материала рукава от длины и глубины повреждения, можно сказать, что изменение прочности рукава почти линейно зависит от указанных параметров повреждения. Установлено, что при увеличении повреждения существенно уменьшается прочность материала рукава. При варьировании фактора длины и наибольшей глубине повреждения, К=0.4 мм, происходит уменьшение прочности материала рукава от 11.67 кН до 8.77 кН, а в процентном отношении на 25 %. Полученные результаты можно использовать в практических подразделениях аварийно-спасательных формирований, при диагностировании скрытых повреждений в напорных пожарных рукавах с целью предотвращения их выхода из строя на пожарах.Представлені експериментальні дослідження та встановлено залежність зміни міцності матеріалу напірного пожежного рукава типу «Т» з внутрішнім діаметром 77 мм у поздовжньому напрямку з урахуванням одиночних пошкоджень. Описано план проведення експерименту та було проведено низку натурних експериментів з метою визначення впливу довжини lд та глибини К пошкодження на міцність F матеріалу рукава, тобто одержання залежності F=f (lд, K). Використано математичний метод планування експерименту та складено план повного багатофакторного експерименту типу 2k з допустимою точністю моделі 5 %. Межі варіювання факторів встановлюються з урахуванням апріорної інформації, експериментальних можливостей і на основі результатів попередніх пошукових експериментів. Отримано залежність в кодованих та натурних значеннях факторів. Достовірність залежності було перевірено за допомогою критерію Фішера розрахункове значення якого становило 5,98, що підтверджує адекватність описаного процесу з вірогідністю в 95 %. Аналізуючи експериментальні дослідження залежності зміни міцності матеріалу рукава від довжини та глибини пошкодження можна сказати, що зміна міцність матеріалу рукава майже лінійно залежить від зазначених параметрів пошкодження. Встановлено, що при збільшені пошкодження суттєво зменшується міцність матеріалу рукава. При варіюванні фактору довжини та найбільшій глибині пошкодження К=0.4 мм відбувається зменшення міцності матеріалу рукава від 11.67 кН до 8.77 кН, а в процентному відношенні на 25 %. Отримані результати можливо використовувати в практичних підрозділах аварійно-рятувальних формувань при діагностуванні прихованих пошкоджень у напірних пожежних рукавах з метою запобігання виходу їх з ладу на пожежах

Удосконалення процесів сумішоутворення в дизельних двигунах

The object of research is gas-dynamic vortex processes in heterogeneous polydisperse flows. One of the most problematic issues in engine building is the completeness of combustion and the rate of fuel burnout in the given coordinates on the allotted hourly interval in the combustion chamber. These indicators, in turn, determine stringent requirements for used fuels in terms of thermophysical parameters that affect sawing, evaporation and mixing with an oxidizer. In the course of the study, methods of mathematical modeling were used based on the theory of similarity. Methods have been developed for preparing a combustible mixture for detonation-free combustion of a cheap alternative fuel. A method for assessing the quality of spraying low cetane fuel is proposed. A mathematical model is obtained for calculating the change in the parameters of the quality of atomization and the differential characteristics of fuel injection. This is necessary for theoretical studies of gas-dynamic processes in additional power systems for diesel engines in an unsteady three-dimensional flow with variable parameters of a polydisperse flow of a combustible mixture. It has been proven that with a decrease in the camshaft rotational speed, the injection speed will be insufficient to achieve the required spray quality due to a decrease in the speed. This made it possible to redesign the additional system using a separate dual fuel supply. Research samples of an additional power supply system for the ЯМЗ–24 ОН diesel engine (Yaroslavl Motor Plant, Russia) have been developed. Comparative tests of the engine operation on stable gas condensate with the main fuel equipment and an additional system have been carried out. Oscillograms of the tests were obtained and analyzed. The research results provided the basis for the use of low cetane cheap gas condensate in diesel engines. This will improve the economic, power and environmental performance of the engines. Compared to standard cetane fuels, the price of fuel will decrease by 40 %, engine power will increase by 20 %, and the environmental performance of exhaust gases will decrease by 10–30 %.Объектом исследований являются газодинамические вихревые процессы в гетерогенных полидисперсных потоках. Одним из проблемных вопросов двигателестроения является полнота сгорания и скорость выгорания топлива в заданных координатах на отведенном часовом интервале по камере сгорания. Эти показатели, в свою очередь, определяют жесткие требования к используемым топливам по теплофизическим параметрам, которые влияют на распыливание, испарение и смешение с окислителем. В ходе проведения исследований использовались методы математического моделирования на основе теории подобия. Разработаны способы подготовки горючей смеси для бездетонационного сгорания дешевого альтернативного топлива. Предложена методика оценки качества распыливания низкоцетановых топлив. Получена математическая модель расчета изменения параметров качества распыливания и дифференциальной характеристики впрыскивания топлива. Это необходимо для теоретических исследований газодинамических процессов в дополнительных системах питания дизелей при нестационарном тримерном течении с переменными параметрами полидисперсного потока горючей смеси. Доказано, что при уменьшении частоты вращения кулачкового вала скорость впрыскивания будет недостаточной для реализации необходимого качества распыливания вследствие уменьшения скорости. Это позволило переоформить конструкцию дополнительной системы с использованием раздельной двойной подачи топлива. Разработаны опытные образцы дополнительной системы питания дизельного двигателя ЯМЗ–24 ОН (Ярославский моторный завод, Россия). Проведены сравнительные эксперименты работы двигателя на стабильном газоконденсате основной топливной аппаратурой и дополнительной системой. Получены осцилограммы экспериментов и проведен их анализ. Результаты исследований дали основание для использования в дизельных двигателях низкоцетанового дешевого газоконденсата. Это позволит улучшить экономические, мощностные и экологические показатели работы двигателей. По сравнению со стандартными высокоцетановыми топливами цена уменьшиться на 40 %, мощность двигателя увеличится на 20 %, а экологические показатели отработавших газов улучшатся на 10–30 %.Об'єктом дослідження є газодинамічні вихрові процеси у гетерогенних полідисперсних потоках. Одним з найбільш проблемних питань двигунобудування є повнота згоряння та швидкість вигоряння палива в заданих координатах на відведеному годинному інтервалі по камері згоряння. Ці показники, в свою чергу, визначають жорсткі вимоги до використаних палив по теплофізичних параметрах, які впливають на розпилювання, випаровування та змішування з окислювачем. В ході проведення дослідження використовувалися методи математичного моделювання на підставі теорії подібності. Розроблено способи підготовки пальної суміші для бездетонаційного згоряння дешевого альтернативного палива. Запропоновано методику оцінки якості розпилювання низькоцетанових палив. Отримано математичну модель розрахунку зміни параметрів якості розпилення та диференціальної характеристики уприскування палива. Це необхідно для теоретичних досліджень газодинамічних процесів у додаткових системах живлення дизелів при нестаціонарній тривимірній течії з перемінними параметрами полідисперсного потоку пальної суміші. Доведено, що при зменшенні частоти обертання кулачкового валу швидкість уприскування буде недостатньою для реалізації необхідної якості розпилення внаслідок зменшення швидкості. Це дозволило переоформити конструкцію додаткової системи з використанням роздільної подвійної подачі палива. Розроблено дослідницькі зразки додаткової системи живлення дизельного двигуна ЯМЗ–24 ОН (Ярославський моторний завод, Росія). Виконано порівняльні випробування роботи двигуна на стабільному газоконденсаті основною паливною апаратурою та додатковою системою. Отримано осцилограми випробувань і виконано їх аналіз. Результати досліджень дали підставу для використання в дизельних двигунах низькоцетанового дешевого газоконденсату. Це дозволить покращити економічні, потужносні та екологічні показники роботи двигунів. У порівнянні із стандартними високоцетоновими паливами ціна пального зменшиться на 40 %, потужність двигуна зросте на 20 %, а екологічні показники відпрацьованих газів покращаться на 10–30 %

Розробка математичної моделі газодинамічного сепарування для проектування енергозберігаючих вихрових сепараторів

We developed a mathematical model of the separation process of heterogeneous polydisperse mixtures in the proposed energy saving vortex separators, which is represented by a system of differential equations linking parameters of the process control to the geometric dimensions of device. We showed the possibility to solve a mathematical model based on the grid method for the determination of initial parameters and control parameters of the separation process, as well as for determination of coordinates of components with different shapes, densities, aerodynamic and gas dynamic properties. This will significantly reduce time for calculations of gas-dynamic vortex separators of any mixtures. We proved the reliability of the calculation based on the grid method by comparing it with the results of the experiment. This makes it possible to calculate and design vortex separators without expensive calibrating sieves and energy-intensive vibration equipment. We established the region of a change in the generally accepted coefficients of efficiency and precision of the separation of a flour mixture, which determine the presence of harmful components in a resulting product and the content of high quality components in waste, which should not exceed 2 %.We detected boundary values of the coefficients of efficiency hе=88 % and precision hs=0.9 of mixtures of flour of the highest grade, the first grade, and the second grade, which could be used as the initial data in the design of vortex separators. We proved the possibility to control the separation process by changes in gas-dynamic parameters of a heterogeneous mixture at the inlet to a separator. This will make it possible to change the velocity of redistribution of components of a mixture and to obtain necessary indicators of a resulting product with a predetermined degree of purity. The research results proved the possibility for implementing vortex separators into industrial production. This will significantly reduce the cost of preparation of raw materials in grain processing, coal, and other fields, as well as in the production of dolomite, construction materials, etc. Using the vortex gas-dynamic separators in technological processes would improve production environment and reduce the cost of maintenance and repair, since they operate in a closed cycle and do not contain expensive calibrating sieves and electric drives.Разработана математическая модель процесса сепарирования гетерогенных полидисперсных смесей в предложенных энергосберегающих вихревых сепараторах, которая представлена системой дифференциальных уравнений, связывающих параметры регулирования процессом с геометрическими размерами аппарата. Показана возможность решения математической модели на основе метода сеток для определения начальных параметров и параметров управления процессом сепарирования, а также для определения координат компонент с разными формами, плотностям, аэродинамическими и газодинамическими свойствами. Это позволит значительно сократить время на расчеты газодинамических вихревых сепараторов любых смесей. Доказана достоверность расчета на основе метода сеток путем сопоставления его с результатами эксперимента. Это позволяет рассчитывать и проектировать вихревые сепараторы без дорогих калибровочных сит и энергоемкого вибрационного оборудования. Установлена область изменения общепринятых коэффициентов эффективности и четкости сепарирования смеси муки, определяющие наличие вредных компонент в конечном продукте и содержание качественных компонент в отходах, которые не должны превышать 2 %. Определены граничные значения коэффициентов эффективностиhе=88 % и четкости hч=0,9 смеси муки высшего, первого и второго сортов, которые могут приниматься как исходные данные при проектировании вихревых сепараторов. Доказана возможность управления процессом сепарирования путем изменения газодинамических параметров гетерогенной смеси на входе в сепаратор. Это позволит изменять скорости перераспределения компонент смеси и получить необходимые показатели конечного продукта с наперед заданной степенью чистоты. Результаты исследований доказывают возможность внедрения вихревых сепараторов в промышленное производство. Это позволит значительно снизить затраты на подготовку сырья в зерноперерабатывающей, угольной и других областях, а также при производстве доломита, строительных материалов и т.д. Применение вихревых газодинамических сепараторов в технологических процессах позволит улучшить экологию производства и снизить затраты на обслуживание и ремонт, так как работают по замкнутому циклу и не содержат дорогих калибровочных сит и электроприводовРозроблено математичну модель процесу сепарування гетерогенних полідисперсних сумішей у запропонованих енергозберігаючих вихрових сепараторах, яка представлена системою диференціальних рівнянь, що зв’язує параметри регулювання процесом із геометричними розмірами апарату. Показано можливість розв’язання математичної моделі на основі методу сіток для визначення вихідних параметрів і параметрів управління процесом сепарування, а також для визначення координат компонент з різними формами, щільностями, аеродинамічними та газодинамічними властивостями. Це зменшить час на розрахунки газодинамічних вихрових сепараторів буд-яких сумішей. Доведено достовірність розрахунку на основі методу сіток за допомогою зіставлення його з результатами експерименту. Це дозволяє розраховувати і проектувати вихрові сепаратори без дорогих калібрувальних сит і енергоємного вібраційного обладнання. Встановлено область зміни загальноприйнятих у зерноперероблювальній промисловості коефіцієнтів ефективності і чіткості сепарування суміші борошна, які вказують на наявність невідсепарованих шкідливих компонент у вихідному продукту та вміст якісних компонент у відходах, що не повинні перевищувати 2 %. Визначено граничні значення коефіцієнтів ефективності hе=88 % і чіткості hч =0,9 суміші борошна вищого, першого і другого сортів, які можуть прийматися вихідними при проектуванні вихрових сепараторів. Доведено можливість управління процесом сепарування внаслідок зміни газодинамічних параметрів гетерогенної суміші на вході у сепаратор. Це дозволить змінювати швидкості перерозподілу компонент суміші і отримати необхідні показники по вихідному продукту з наперед заданим ступенем чистоти. Результати досліджень доводять можливість втілення вихрових сепараторів у промислове виробництво, що значно зменшить затрати на підготовку сировини у зерноперероблювальній, вугільній та ін. галузях, а також при виробництві доломіту, будівельних матеріалів, тощо. Застосування вихрових газодинамічних сепараторів у технологічних процесах дозволить покращити екологію виробництва і знизити експлуатаційні витрати на обслуговування і ремонт, тому що працюють за замкнутім циклом і не мають багатокоштовних калібрувальних сит і електроприводі

Improvement of Mixing Processes in Diesel Engines

The object of research is gas-dynamic vortex processes in heterogeneous polydisperse flows. One of the most problematic issues in engine building is the completeness of combustion and the rate of fuel burnout in the given coordinates on the allotted hourly interval in the combustion chamber. These indicators, in turn, determine stringent requirements for used fuels in terms of thermophysical parameters that affect sawing, evaporation and mixing with an oxidizer. In the course of the study, methods of mathematical modeling were used based on the theory of similarity. Methods have been developed for preparing a combustible mixture for detonation-free combustion of a cheap alternative fuel. A method for assessing the quality of spraying low cetane fuel is proposed. A mathematical model is obtained for calculating the change in the parameters of the quality of atomization and the differential characteristics of fuel injection. This is necessary for theoretical studies of gas-dynamic processes in additional power systems for diesel engines in an unsteady three-dimensional flow with variable parameters of a polydisperse flow of a combustible mixture. It has been proven that with a decrease in the camshaft rotational speed, the injection speed will be insufficient to achieve the required spray quality due to a decrease in the speed. This made it possible to redesign the additional system using a separate dual fuel supply. Research samples of an additional power supply system for the ЯМЗ–24 ОН diesel engine (Yaroslavl Motor Plant, Russia) have been developed. Comparative tests of the engine operation on stable gas condensate with the main fuel equipment and an additional system have been carried out. Oscillograms of the tests were obtained and analyzed. The research results provided the basis for the use of low cetane cheap gas condensate in diesel engines. This will improve the economic, power and environmental performance of the engines. Compared to standard cetane fuels, the price of fuel will decrease by 40 %, engine power will increase by 20 %, and the environmental performance of exhaust gases will decrease by 10–30 %

Analysis of the Influence of Aerodynamic Qualities of the Components of Mixtures on Separation in Power-saving Vortex Vehicles

The object of research is gas-dynamic vortex processes in heterogeneous polydisperse flows. One of the most problematic issues is the determination of the aerodynamic characteristics of the components of a heterogeneous polydisperse medium, which are necessary to create a mathematical model of the separation process. The study used methods of mathematical modeling based on the theory of similarity. A technique has been developed for assessing the aerodynamic parameters of mixture components, on the basis of which a number of aerodynamic similarities have been compiled. The coefficients of lift, aerodynamic drag, lateral force, longitudinal, transverse and rotational moments of the components of the grain mixture are obtained. This is necessary for theoretical studies of gas-dynamic processes in vortex separators in unsteady three-dimensional flow with variable flow density, concentration and flow rate of the separated mixture components and the carried fractions. The Reynolds vibration criterion is obtained, based on which the trajectories and energy of the vortex motion of individual components and the separation degree of heterogeneous mixtures are determined. This allows to improve the mathematical model of the distribution process of heterogeneous polydisperse mixtures in the proposed energy-saving vortex separators. The obtained results provide the basis for improving the general theory of heterogeneous vortex flows by introducing an external disturbance criterion that takes into account the drag of the vortex force field and the amplitude-frequency energy level. Thanks to this, it is possible to evaluate the influence of any argument in the desired function. The research results make it possible to automate the analysis of process characteristics and compare them by parameters with experimental data. And also to evaluate the correspondence of dynamic, kinematic and gas-dynamic functions calculated from the given geometric parameters of the vortex devices with the functions obtained from the averaged values. These data makes it possible to work out a range of variations in the parameters of the geometric design of vortex apparatuses by zones, parameters at the inlet, outlet, and degrees of separation, minimize the number of manufactured laboratory and semi-industrial vortex apparatuses, and unify a number of units. Compared with similar known separators, vortex apparatuses are proposed that reduce the cost of preparing raw materials in the grain mill area by a factor of tens due to the elimination of moving working parts, assemblies and screens

Constructing a Mathematical Model of the Gas-dynamic Separation for Designing Energy-saving Vortex Separators

We developed a mathematical model of the separation process of heterogeneous polydisperse mixtures in the proposed energy saving vortex separators, which is represented by a system of differential equations linking parameters of the process control to the geometric dimensions of device. We showed the possibility to solve a mathematical model based on the grid method for the determination of initial parameters and control parameters of the separation process, as well as for determination of coordinates of components with different shapes, densities, aerodynamic and gas dynamic properties. This will significantly reduce time for calculations of gas-dynamic vortex separators of any mixtures. We proved the reliability of the calculation based on the grid method by comparing it with the results of the experiment. This makes it possible to calculate and design vortex separators without expensive calibrating sieves and energy-intensive vibration equipment. We established the region of a change in the generally accepted coefficients of efficiency and precision of the separation of a flour mixture, which determine the presence of harmful components in a resulting product and the content of high quality components in waste, which should not exceed 2 %.We detected boundary values of the coefficients of efficiency hе=88 % and precision hs=0.9 of mixtures of flour of the highest grade, the first grade, and the second grade, which could be used as the initial data in the design of vortex separators. We proved the possibility to control the separation process by changes in gas-dynamic parameters of a heterogeneous mixture at the inlet to a separator. This will make it possible to change the velocity of redistribution of components of a mixture and to obtain necessary indicators of a resulting product with a predetermined degree of purity. The research results proved the possibility for implementing vortex separators into industrial production. This will significantly reduce the cost of preparation of raw materials in grain processing, coal, and other fields, as well as in the production of dolomite, construction materials, etc. Using the vortex gas-dynamic separators in technological processes would improve production environment and reduce the cost of maintenance and repair, since they operate in a closed cycle and do not contain expensive calibrating sieves and electric drives

Establishment of the Dependence of the Strength Indicator of the Composite Material of Pressure Hoses on the Character of Single Damages

Experimental studies are presented and the dependence of the change in the strength of the material of a pressure head fire hose of type T with an inner diameter of 77 mm in the longitudinal direction is established, taking into account single damages. The work describes the plan of the experiment and carried out a number of field experiments to determine the effect of the length ld and the depth K damage on the strength F of the hose material, that is, obtaining the dependence F=f (ld, K). A mathematical method of experiment planning was used and a plan was drawn up for a complete multivariate experiment of type 2k with an acceptable model accuracy of 5 %. The limits of variation of the factors are set taking into account a priori information, experimental capabilities and on the basis of the results of preliminary search experiments. The dependence in the coded and natural values of the factors is obtained. The reliability of the relationship was checked using the Fisher test, the calculated value of which was 5.98, which confirms the adequacy of the described process with a probability of 95 %. Analyzing experimental studies of the dependence of the change in the strength of the hose material on the length and depth of damage, it can be said that the change in the strength of the hose almost linearly depends on the specified damage parameters. It is found that with increasing damage, the strength of the hose material significantly decreases. When varying the length factor and the greatest depth of damage, K=0.4 mm, the strength of the hose material decreases from 11.67 kN to 8.77 kN, and in percentage terms by 25 %. The results obtained can be used in practical units of emergency rescue teams, when diagnosing hidden damage in pressure head fire hoses in order to prevent their failure in case of fire