ОГЛАВЛЕНИЕ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1. Сепарация 6
1.1 Основные определения 6
1.2 Современные сепараторные устройства 6
2. Ультразвуковая левитация 11
2.1 Акустические волны 11
2.2 Стоячие ультразвуковые волны 16
2.3 Электроакустические преобразователи 19
3. Установка для сортировки частиц 26
3.1 Описание установки 26
3.2 Моделирование поля излучателя направленного к рефлектору 27
3.3 Моделирование динамики частиц в акустическом поле 30
3.4 Усилитель для запуска ультразвуковой решетки излучателей 31
4. Экспериментальное исследование сортировки частиц в акустическом поле 34
4.1 Испытываемые образцы 34
4.2 Процесс сортировки 36
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 38
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 39
Сортировка частиц на сегодняшний день является актуальной проблемой. В связи с тем, что существует множество различных материалов и соответственно к каждому предъявляются свои критерии. Поэтому там, где нужно применить сортировку и отделить одни материалы от других применяют различные виды сепараторов. Существующие технологии, применяемые на практике не являются автономными и требуют наличия рабочего персонала. К недостаткам можно отнести еще и ограниченный диапазон сортирующих частиц. К примеру, существуют жесткие ограничения по выборке материала, поэтому определенная часть полезных ископаемых в процессе сепарации не выделяется. Частицы обладающей слабой магнитной восприимчивостью не смогут пройти обработку в магнитном сепараторе. Полезное ископаемое в ходе первичной обработки может потерять свою форму и массу. Это сделает его не отличительным от основной пустой породы и в таком случае так же не смогут пройти сортировку полезные объекты в механическом, гидравлическом и центробежном сепараторе.
В связи с актуальными проблемами сортировки - предложена технология ультразвукового воздействия на частицы [9].
Посредством этой технологии частицы попадают в ультразвуковое поле, в котором распределяются по плотности и стараются занять более выгодное для них положение. Из определенных условий возникновений стоячих волн, при длине волны (частоты звука) соизмеримой с частицей, и высокой амплитуды звукового давления - начинается процесс левитации. Под действием, которой происходит разделения частиц от основной пустой породы. Левитации подвержены абсолютно любые твердые и жидкие материалы. Частицы могут быть не магнитные, диэлектрические и не однородные по поверхности. Данная технология может быть универсальной, автоматизированной, а так же иметь высокую селективность к материалу [5].
Работы по ультразвуковой левитации активно ведутся рядом стран: Англия (Бристольский университет), Россия (Томский государственный университет), Япония (Токийский университет), Литва (компания Neurotechnology), Великобритания (Сассекский университет).
Предметом и объектом исследования в данной работе является ультразвуковое акустическое поле, созданное ультразвуковыми излучателями, а так же ливитирующих в нем частиц.
Цели работы: создание прототипа ультразвуковой установки для бесконтактной сортировки объектов, соизмеримых с длиной волны ультразвука.
Для выполнения работы и достижения цели необходимо и достаточно решить следующие задачи:
1) Ознакомиться с принципом работы существующих сортирующих сепараторов;
2) Произвести моделирование акустического поля стоячей волны;
3) Моделирование динамики частиц в акустическом поле;
4) Разработка усилителя для запуска ультразвуковой решетки излучателей;
5) Реализация прототипа ультразвукового сепаратора;
6) Проведение экспериментальных исследований сортировки частиц в акустическом поле.
По итогу проделанной работы были получены следующие результаты:
• Проведено численное моделирование акустического поля излучателей.
• Проведено моделирование динамики частиц в акустическом поле.
• Разработан усилитель для питания излучателей ФАР.
• Реализован прототип ультразвукового сепаратора.
• Эксперименты показали возможность отделения частиц пенопласта от частиц из более плотных материалов посредством левитации частиц в ультразвуковом поле.
• В результате эксперимента по сортировке частиц было установлено, что для левитационой сортировки плотных объектов необходимо наращивать мощность излучателей.
• Из всех рассмотренных образцов лучше всего получилось осуществлять ультразвуковую сортировку смеси пенополистерола и картофельных хлопьев.
