Development of engineering method for calculation of ejected and recirculated air flow rates during reload of bulk materials

Reload of bulk materials in various industries and agriculture are accompanied by significant dust emissions. The flow of bulk materials in its fall carries air (air ejection). The study of the flow of ejected air is a complex multidisciplinary task. The maintenance costs of local exhaust ventilation systems are directly proportional to the flow rate of the ejected air. Consumption of the ejected air can be reduced by: reducing the speed of the falling bulk material flow; increase of aerodynamic drag when ejected air moves; organization of air circulation-recirculation. The aim of the article is to develop engineering methods of calculation of aspiration systems and shelters on the basis of previously obtained results of theoretical and experimental studies of the laws of ejected and recirculated air flow. The results and conclusions are as follows. The technique of engineering calculation of volumes of the aspirated air during reload of dry not heated materials with natural circulation, carried out by means of the combined use of the cylindrical bypass chamber and the perforated trough is developed. Experimental and numerical studies have shown that the proposed method has sufficient accuracy. Recommendations for the design of the developed aspiration shelter for more efficient operation with lower operating costs are proposed. The economic effect is to reduce energy intensity and the cost of cleaning dust emissions. The values are proposed for the recirculation coefficients for the calculation of the aspiration system using the bypass chamber and the combined use of the bypass chamber and the perforated trough. The method of calculation of the ejected air flow rate in telescopic loaders is developed. The high energy intensity of telescopic aspiration-technological units (ATU) of reloading stations is caused by the ejection ability of gravity flows of bulk material, pumping a large amount of air into the aspiration shelters, which significantly increases the required performance of aspiration systems. Power of ATU can be significantly reduced by the use of coaxial telescopic loading troughs and corrugated impervious wall surrounding the trough and sealing the top and bottom of the cover, adjacent to the troughs. The analytical flow rates estimation of air, moving inside the cavity of the "trough- bypass chamber", can be carried out by linearization of the dynamics and inter-component interaction equations with the subsequent solution of transcendent equations in the Maple universal mathematical environment. Numerical studies have shown that the main parameter for reducing the transit flow of ejected air and increasing the volume of recirculated air is the degree of sealing of the upper cover. For example, if the total area of the shelter leaks is reduced from 0.14 m2 to 0.02 m2, the flow of transit air will be reduced three times, and the recirculated air will be increased by 2.5 times. The total productivity of the local suction from the lower shelter in this case has decreased by 1.68 times

Development of methods for reducing the volume of aspiration during overloads of granular materials

The schemes of aspiration of elevator overloads have been developing. Balance equations of ventilation of aspiration covers are compiled. The system of equations for determination of the volumes of ventilating air for a standard node overload are formulated and solved. Ways of reducing productivity of aspiration systems are offered and analytically substantiated. Three bypass channels can be used to reduce aspiration volumes in elevator handling facilities by maintaining a smaller negative pressure inside unaspirated cowls of the elevator feeder and head. Airflows can be quantitatively decomposed using combined equations describing pressure losses in loops of a proposed aerodynamic equivalent for the assembly. These combined non-linear equations have been solved numerically using a specially developed algorithm based upon joint application of iterative and bisection procedures. Analysis of the findings for a “standard” elevator indicates that reduction in flow rates of air entering through leakage areas of unaspirated cowls is maximized when two bypass connections are installed: the lower one, connecting feeder cowl with a buffer chamber upstream of elevator boot cowl, and the upper one, connecting elevator head cowl with the inner chamber of a double-walled cowl of the upper (receiving) conveyor. The total flow rate in the case reviewed was 1.37 times lower than (a corresponding aspiration case with identical process and design parameters of the assembly, but with no bypass ducts). The effect cited may differ from the actual effect in every particular case. The computer program developed for the purpose can be used to provide a design-stage estimate

Extraction of Kaon Formfactors from K^- -> mu^- nu_mu gamma Decay at ISTRA+ Setup

The radiative decay K->mu nu gamma has been studied at ISTRA+ setup in a new kinematical region. About 22K events of K^- -> mu^- nu_mu gamma have been observed. The sign and value of Fv-Fa have been measured for the first time. The result is Fv-Fa=0.21(4)(4).Comment: 11 pages, 21 figures, submitted to Phys. Lett.

Aerodynamic properties of particles in the gravitational flow of a chuted bulk material

Chutes are a linking element of transportation lines used for transfers of reprocessed materials from one transporting group or equipment to another. The mode of the chuted material motion and the nature of the associated aerodynamic processes are determined by the aggregate physical and mechanical properties of the material being transferred and structural design of chutes. Structurally chutes are subdivided into prismatic, cylindrical and pyramid-shaped (bin) chutes by shape and into vertical, tip and kinked chutes by the bottom slope angle. The most common in practice are tip chutes of a prismatic or a pyramid shape. The purpose of this work was the study of particle movement of granular materials in the sloping chute. In the result of the research, we revealed the following

Search for Heavy Neutrino in K->mu nu_h(nu_h-> nu gamma) Decay at ISTRA+ Setup

Heavy neutrino nu_h with m_h < 300MeV/c^2 can be effectively searched for in kaon decays. We put upper limits on mixing matrix element |U_mu_h}|^2 for radiatively decaying nu_h from K->mu nu_h (nu_h -> nu gamma) decay chain in the following parameter region: 30MeV/c^2 < m_h < 80MeV/c^2; 10^{-11}sec < tau_h < 10^{-9}sec. For the whole region |U_{mu h}|^2 < 5 x 10^{-5} for Majorana type of nu_h and | U_{\mu h}|^2 < 8 x 10^{-5} for the Dirac case.Comment: Published in Phys. Lett.

Operation of an industrial electron accelerator in a double-beam e,X-mode

Analysis of mixed e,X-radiation formation in output devices of an industrial electron accelerator is conducted. The possibility is demonstrated to obtain an extra radiation channel on the basis of a practically free source of Xrays simultaneously with the main channel of product processing with electron beam. The conditions of production of the secondary radiation in the state of electronic equilibrium at product treatment with scanning electron beam in the main radiation channel are studied by means of computer simulation. The dependence of spatial radiant characteristics of the X-ray radiation on the spectrum of a primary electron beam and surface density of a treated load has been established. For an industrial accelerator LU-10 of NSC KIPT, the regime of object processing in the extra radiation channel is examined. The results of calculation of the X-ray dose rate and its spatial distribution are in good agreement with the experimental data. The comparative capacity of both radiation channels of the plant is analyzed. The extra radiation source can be used for the execution of non-commercial programs like sanitation of cultural artefacts.Проведено аналіз умов формування змішаного е,Х-випромінювання у вихідних пристроях промислового прискорювача електронів. Показана можливість отримання одночасно з основним каналом опромінювання продукції пучком електронів додаткового радіаційного каналу на основі практично безкоштовного джерела гальмівних фотонів. Методом комп'ютерного моделювання вивчені умови отримання вторинного випромінювання в стані електронної рівноваги при проведенні обробки продукції скануючим пучком електронів в основному радіаційному каналі. Отримана залежність просторово-енергетичних характеристик гальмівного випромінювання від спектра первинного пучка електронів і поверхневої щільності оброблюваного ним вантажу. Для промислового прискорювача ЛУ-10 ННЦ ХФТІ досліджені умови обробки об'єктів у додатковому радіаційному каналі. Результати розрахунку потужності дози гальмівного випромінювання та її просторового розподілу задовільно узгоджуються із зміряними в експерименті. Отримані дані з порівняльної продуктивності установки в обох радіаційних каналах. Додаткове джерело випромінювання може бути використане для проведення некомерційних програм (наприклад, санітарної обробки об'єктів культурної спадщини).Проведен анализ условий формирования смешанного е,Х-излучения в выходных устройствах промышленного ускорителя электронов. Показана возможность получения одновременно с основным каналом облучения продукции пучком электронов дополнительного радиационного канала на основе практически бесплатного источника тормозных фотонов. Методом компьютерного моделирования изучены условия получения вторичного излучения в состоянии электронного равновесия при проведении обработки продукции сканирующим пучком электронов в основном радиационном канале. Получена зависимость пространственноэнергетических характеристик тормозного излучения от спектра первичного пучка электронов и поверхностной плотности обрабатываемого им груза. Для промышленного ускорителя ЛУ-10 ННЦ ХФТИ исследованы условия обработки объектов в дополнительном радиационном канале. Результаты расчета мощности дозы тормозного излучения и ее пространственного распределения удовлетворительно согласуются с измеренными в эксперименте. Получены данные по сравнительной производительности установки в обоих радиационных каналах. Дополнительный источник излучения может быть использован для проведения некоммерческих программ (например, санитарной обработки объектов культурного наследия)

Modernization of control system of the beam critical parameters at a LU-10 industrial electron accelerator

Continuous control and monitoring of critical parameters of radiation processing of products is one of the requirements of the international standard ISO 11137. The current system to monitoring the parameters of radiation treatment of products at the LU-10 accelerator is being in operation for more than 15 years. The life-time of the mayor part of measuring modules is over, and those modules are no longer produced. Modernization of monitoring system with the use of the multi-functional USB modules, single-board mini-computers and EPICS control system (Experimental Physics and Industrial Control System) is considered. The architecture and software for a new monitoring system have been developed. Debugging and operation of the system in a test mode is performed.Безперервний контроль і моніторинг критичних параметрів радіаційної обробки продукції є одним з вимог Міжнародного стандарту ISO 11137. Діюча система контролю параметрів радіаційної обробки продукції на прискорювачі ЛП-10 працює більше 15 років. Велика частина вимірювальних модулів системи виробила свій ресурс і більше не виробляється. Розглянуто модернізацію системи контролю з використанням багатофункціональних USB-модулів, одноплатних міні-комп'ютерів та системи управління EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System). Розроблена архітектура та програмне забезпечення для нової системи контролю параметрів радіаційної обробки. Проводиться налагодження і робота системи в тестовому режимі.Непрерывный контроль и мониторинг критических параметров радиационной обработки продукции является одним из требований Международного стандарта ISO 11137. Действующая система контроля параметров радиационной обработки продукции на ускорителе ЛУ-10 работает более 15 лет. Большая часть измерительных модулей системы выработала свой ресурс и больше не производится. Рассмотрена модернизация системы контроля с использованием многофункциональных USB-модулей, одноплатных мини-компьютеров и системы управления EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System). Разработана архитектура и программное обеспечение для новой системы контроля параметров радиационной обработки. Проводится отладка и работа системы в тестовом режиме

Search for light pseudoscalar sgoldstino in K- decays

A search for the light pseudoscalar sgoldstino production in the three body K- decay K-->pipi0P has been performed with the ISTRA+ detector exposed to the 25 GeV negative secondary beam of the U70 proton synchrotron. No signal is seen. An upper limit for the branching ratio Br(K->pipi0P), at 90% confidence level, is found to be around 9*10**-6 in the effective mass m(P) range from 0 till 200 MeV, excluding the region near m(pi0) where it degrades to 3.5*10**-5.Comment: 10 pages, LATEX, 8 EPS figures, revised version, to be published in Phys.Lett.

High statistic measurement of the K- -> pi0 e- nu decay form-factors

The decay K- -> pi0 e- nu is studied using in-flight decays detected with the ISTRA+ spectrometer. About 920K events are collected for the analysis. The lambda+ slope parameter of the decay form-factor f+(t) in the linear approximation (average slope) is measured: lambda+(lin)= 0.02774 +- 0.00047(stat) +- 0.00032(syst). The quadratic contribution to the form-factor was estimated to be lambda'+ = 0.00084 +- 0.00027(stat) +- 0.00031(syst). The linear slope, which has a meaning of df+(t)/dt|_{t=0} for this fit, is lambda+ = 0.02324 +- 0.00152(stat) +- 0.00032(syst). The limits on possible tensor and scalar couplings are derived: f_{T}/f_{+}(0)=-0.012 +- 0.021(stat) +- 0.011$(syst), f_{S}/f_{+}(0)=-0.0037^{+0.0066}_{-0.0056}(stat) +- 0.0041(syst).Comment: 11 pages, 8 figures. Accepted by Phys.Lett.

Optimization of a Compton direct-charge detector for monitoring high-energy bremsstrahlung radiation

The conditions of application of a Compton direct-charge detector (DCD) for monitoring of intensity of the highenergy bremsstrahlung (X-ray) radiation are studied. A method is described for calculation of characteristics of the secondary е,Х-radiation at exit of an electron accelerator, and also for providing the conditions of the electronic equilibrium. By means of computer simulation, the processes of charge generation in a DCD monitor comprising two plates of different thickness from various metals are analyzed. On the basis of the obtained results, the requirements imposed on DCD composition for providing the maximum of its sensitivity are formulated. It is shown, that within the suggested DCD geometry, the monitor sensitivity reveals a weak dependence on the atomic number of its material at Z>29, and also on the end-point energy of X-rays in the span of 20…100 MeV.Досліджені умови застосування комптонівського ДПЗ для моніторингу високоенергетичного гальмівного випромінювання. Описаний метод розрахунку характеристик вторинного е,Х-випроміннюваня на виході прискорювача електронів, а також забезпечення умови електронної рівноваги. Методом комп'ютерного моделювання вивчені процеси формування зарядів у детекторі, що складається з двох пластин різної товщини з різних металів. На основі отриманих результатів сформовані вимоги до складу ДПЗ для забезпечення максимуму його чутливості. Показано, що у запропонованій геометрії ДПЗ вона слабо залежить від атомного номера матеріалу в області Z > 29 і граничної енергії гальмівного випромінювання в діапазоні 20…100 МеВ.Исследованы условия применения комптоновского детектора прямого заряда (ДПЗ) для мониторинга высокоэнергетического тормозного излучения. Описан метод расчета характеристик вторичного е,Хизлучения на выходе ускорителя электронов и обеспечения условия электронного равновесия. Методом компьютерного моделирования изучены процессы формирования зарядов в ДПЗ, состоящем из двух пластин разной толщины из различных металлов. На основе полученных результатов сформулированы требования к составу ДПЗ для обеспечения максимума его чувствительности. Показано, что в предложенной геометрии ДПЗ она слабо зависит от атомного номера его материала в области Z > 29, а также от граничной энергии тормозного излучения в диапазоне 20…100 МэВ