PL241906B1 - Przyrząd do badania konwekcji w materiałach granulowanych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest przyrząd do badania konwekcji w materiałach granulowanych. Przyrząd zawiera pionowy cylinder (1), otwarty od góry i zamknięty od dołu płaskim dnem, wykonany z materiału przezroczystego zaopatrzony wokół dna w kołnierz (3), przez który przechodzą wkręty (4), mocujące cylinder do górnej powierzchni wspornika (5) w kształcie ceownika zorientowanego poziomo i zwróconego ramionami w dół, przymocowanymi do podstawy (6). We wsporniku (5) pod dnem cylindra (1) znajduje się elektromagnes złożony z uzwojenia, nawiniętego na cylindrycznej szpuli (8), umieszczonej w toroidalnej wnęce kubkowego rdzenia (9), zwróconego otwartą stroną ku górze i przymocowanego zamkniętą stroną do podstawy (6), przy czym uzwojenie elektromagnesu jest zasilane z generatora elektronicznego (10) prądu zmiennego o regulowanej częstotliwości i amplitudzie, też przymocowanego do podstawy (6). Rdzeń (9) jest wykonany z materiału magnetycznie miękkiego o dużej przenikalności magnetycznej i dużej rezystywności. Ponadto na dnie cylindra (1) są umieszczone kulki (11), wykonane z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego i cylinder (1) jest częściowo wypełniony ziarnami (12) o rozmiarach znacznie mniejszych od średnicy kulek (11), wykonanymi z materiału magnetycznie miękkiego o dużej przenikalności magnetycznej i dużej rezystywności.

Description

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do badania konwekcji w materiałach granulowanych, mający zastosowanie w laboratoriach naukowych i do celów edukacyjnych.

Z artykułu Roberta Zalewskiego, zatytułowanego „Prototyp kontrolowanego tłumika drgań pracującego na bazie rdzenia granulowanego”, opublikowanego w 2011 r. w czasopiśmie pod tytułem „Acta mechanica et automatica”, tom 5, nr 3, str. 148-152 jest znany przyrząd, składający się z poziomego cylindra, wypełnionego granulatem w postaci ziaren wykonanych z polipropylenu i umieszczonych w osnowie plastomerowej. Po obu stronach do cylindra z granulatem dotykają tarcze, zaopatrzone w uchwyty w kształcie prętów, przeznaczone do przykładania zmiennych naprężeń przy użyciu maszyny wytrzymałościowej.

Ponadto w artykule autorstwa: Knight James B., Jaeger H., Nagel Sidney R., pod tytułem „Vibration-induced size separation in granular media: The convection connection”, opublikowanego w 1993 r. w czasopiśmie „Physical Review Letters”, tom 70, nr 24, str. 3728-3731, jest znany sposób badania konwekcji w materiałach granulowanych, polegający na ręcznym wstrząsaniu cylindrycznego, pionowo ustawionego naczynia, w którym znajdują się ziarna granulatu o małych rozmiarach i kulki o większych rozmiarach, umieszczone początkowo na dnie tego naczynia. Podczas tego wstrząsania kulki stopniowo unoszą się ku górze tej mieszaniny i pozostają tam po zakończeniu wstrząsania. To zjawisko jest nazywane konwekcją w materiałach granulowanych.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że przyrząd do badania konwekcji w materiałach granulowanych zawiera pionowy cylinder, otwarty od góry i zamknięty od dołu płaskim dnem, wykonany z materiału przezroczystego, korzystnie z pleksiglasu, zaopatrzony wokół dna w kołnierz, przez który przechodzą wkręty, mocujące cylinder do górnej powierzchni wspornika w kształcie ceownika zorientowanego poziomo i zwróconego ramionami w dół, przymocowanymi do podstawy. We wsporniku, pod dnem cylindra znajduje się elektromagnes złożony z uzwojenia nawiniętego na cylindrycznej szpuli, umieszczonej w toroidalnej wnęce kubkowego rdzenia, zwróconego otwartą stroną ku górze i przymocowanego zamkniętą stroną do podstawy, przy czym uzwojenie elektromagnesu jest zasilane z generatora elektronicznego prądu zmiennego o regulowanej częstotliwości i amplitudzie, też przymocowanego do podstawy. Wkręty, wspornik, podstawa i szpula są wykonane z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie z tekstolitu. Rdzeń jest wykonany z materiału magnetycznie miękkiego o dużej przenikalności magnetycznej i dużej rezystywności, korzystnie ze stali krzemowej. Ponadto, na dnie cylindra są umieszczone kulki wykonane z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie ze szkła i cylinder jest częściowo wypełniony ziarnami o rozmiarach znacznie mniejszych od średnicy kulek, wykonanymi z materiału magnetycznie miękkiego o dużej przenikalności magnetycznej i dużej rezystywności, korzystnie ze stali krzemowej.

Zaletami przyrządu do badania konwekcji w materiałach granulowanych są dokładna kontrola amplitudy i częstotliwości drgań, pozwalająca na badanie wpływu tych czynników na przebieg zjawiska oraz możliwość jego bezpośredniej obserwacji wzrokowej w przezroczystym cylindrze.

Przyrząd do badania konwekcji w materiałach granulowanych jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój osiowy przyrządu płaszczyzną A-A, natomiast fig. 2 pokazuje przyrząd w widoku z góry.

Przyrząd do badania konwekcji w materiałach granulowanych zawiera pionowy cylinder 1, otwarty od góry i zamknięty od dołu płaskim dnem 2, wykonany z materiału przezroczystego, korzystnie z pleksiglasu, zaopatrzony wokół dna 2 w kołnierz 3, przez który przechodzą wkręty 4, mocujące cylinder do górnej powierzchni wspornika 5 w kształcie ceownika zorientowanego poziomo i zwróconego ramionami w dół, przymocowanymi do podstawy 6. We wsporniku 5 pod dnem cylindra 1 znajduje się elektromagnes złożony z uzwojenia 7, nawiniętego na cylindrycznej szpuli 8, umieszczonej w toroidalnej wnęce kubkowego rdzenia 9, zwróconego otwartą stroną ku górze i przymocowanego zamkniętą stroną do podstawy 6, przy czym uzwojenie elektromagnesu 7 jest zasilane z generatora elektronicznego 10 prądu zmiennego o regulowanej częstotliwości i amplitudzie, też przymocowanego do podstawy 6. Wkręty 4, wspornik 5, podstawa 6 i szpula 8 są wykonane z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie z tekstolitu. Rdzeń 9 jest wykonany z materiału magnetycznie miękkiego o dużej przenikalności magnetycznej i dużej rezystywności, korzystnie ze stali krzemowej. Ponadto, na dnie 2 cylindra 1 są umieszczone kulki 11, wykonane z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie ze szkła i cylinder 1 jest częściowo wypełniony ziarnami 12

PL 241 906 B1 o rozmiarach znacznie mniejszych od średnicy kulek 11, wykonanymi z materiału magnetycznie miękkiego o dużej przenikalności magnetycznej i dużej rezystywności, korzystnie ze stali krzemowej.

Zasada działania przyrządu do badania konwekcji w materiałach granulowanych polega na tym, że gdy kulki 11, znajdują się początkowo na dnie 2 cylindra 1, zostaje włączony generator 10. Wtedy nad otwartą częścią rdzenia 9 jest wytwarzane zmienne pole magnetyczne, które oddziałuje zmienną siłą magnetyczną na ziarna 12. Skutkiem tego oddziaływania ziarna 12 są wprawiane w ruch drgający i oddziałują na kulki 11. W wyniku różnicy rozmiarów kulek 11 i ziaren 12, są wytwarzane siły wypadkowe, przyłożone do kulek i zwrócone ku górze. W konsekwencji tego kulki 11 po pewnym czasie zostają przemieszczone na powierzchnię ziaren 12, znajdujących się w cylindrze 1. W celu powtórzenia doświadczenia należy wyłączyć generator 10, wykręcić wkręty 4, zdjąć cylinder 1 ze wspornika 5, wysypać z niego ziarna 12, umieścić kulki 11 na dnie cylindra 1, ponownie zasypać cylinder 1 ziarnami 12 i zamocować go na wsporniku 5 za pomocą wkrętów 4. Zastosowanie generatora 10 o regulowanej amplitudzie i częstotliwości napięcia pozwala badać wpływ amplitudy i częstotliwości drgań na przebieg zjawiska konwekcji w materiałach granulowanych. Ponadto, wykonanie wkrętów 4, wspornika 5, podstawy 6 i szpuli 8 z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie z tekstolitu, zapobiega szkodliwym oddziaływaniom tych elementów z rozproszonym polem magnetycznym. Wykonanie cylindra 1 z materiału przezroczystego, korzystnie z pleksiglasu, pozwala na bezpośrednią obserwację zjawiska konwekcji w materiałach granulowanych. Oprócz tego, wykonanie rdzenia 9 i ziaren 12 z materiału magnetycznie miękkiego o dużej przenikalności magnetycznej i dużej rezystywności, korzystnie ze stali krzemowej, zwiększa skuteczność działania przyrządu i ogranicza indukowanie szkodliwych prądów wirowych.

Claims (5)

1. Przyrząd do badania konwekcji w materiałach granulowanych mający pionowy cylinder, otwarty od góry i zamknięty od dołu płaskim dnem, wykonany z materiału przezroczystego, korzystnie z pleksiglasu, znamienny tym, że cylinder (1) jest zaopatrzony wokół dna (2) w kołnierz (3), przez który przechodzą wkręty (4), mocujące cylinder do górnej powierzchni wspornika (5) w kształcie ceownika zorientowanego poziomo i zwróconego ramionami w dół, przymocowanymi do podstawy (6), a oprócz tego we wsporniku (5) pod dnem cylindra (1) znajduje się elektromagnes złożony z uzwojenia (7), nawiniętego na cylindrycznej szpuli (8), umieszczonej w toroidalnej wnęce kubkowego rdzenia (9), zwróconego otwartą stroną ku górze i przymocowanego zamkniętą stroną do podstawy (6), przy czym uzwojenie elektromagnesu (7) jest zasilane z generatora elektronicznego (10) prądu zmiennego o regulowanej częstotliwości i amplitudzie, też przymocowanego do podstawy (6), przy czym wkręty (4), wspornik (5), podstawa (6) i szpula (8) są wykonane z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, natomiast rdzeń (9) jest wykonany z materiału magnetycznie miękkiego o dużej przenikalności magnetycznej i dużej rezystywności, a poza tym na dnie (2) cylindra (1) są umieszczone kulki (11), wykonane z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego i cylinder (1) jest częściowo wypełniony ziarnami (12) o rozmiarach znacznie mniejszych od średnicy kulek (11), wykonanymi z materiału magnetycznie miękkiego o dużej przenikalności magnetycznej i dużej rezystywności.

2. Przyrząd według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że wkręty (4), wspornik (5), podstawa (6) i szpula (8) są wykonane z tekstolitu.

3. Przyrząd według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że rdzeń (9) jest wykonany ze stali krzemowej.

4. Przyrząd według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że kulki (11) są wykonane ze szkła.

5. Przyrząd według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że ziarna (12) są wykonane ze stali krzemowej.