Что такое вибросепарация

Вибросепарация – процесс разделения смеси частиц под действием вибрации на фракции, различающиеся по своим физическим свойствам . Очистка зерна от примесей – это первый и важнейший пример применения вибросепарации, но далеко не единственный. Широко используется и противоположный процесс – вибросмешивание, когда под действием вибрации из разных фракций образуется однородная смесь. Следует отметить, что аналогию между вибрирующей сыпучей средой и жидкостью можно проследить довольно легко. Для этой среды выполняется закон, аналогичный закону Архимеда, для нее можно ввести аналог гидростатического давления. Важно понимать, что при вибрации будет понижаться центр масс системы. При «хорошей» вибрации частицы сыпучей среды получают возможность проскальзывать друг относительно друга, и среда начинает обнаруживать свойства жидкости.

Вибросепарация, несмотря на сложность теоретического объяснения, может быть легко изучена экспериментально. В опыте можно продемонстрировать зависимость аналога силы Архимеда в вибрирующей сыпучей среде от плотности самой среды, от формы составляющих частиц среды и погруженных в нее предметов. Для проведения опытов используется пшено, рис, гречневая крупа, полые кукурузные хлопья, цельный горох, камень, бусины разных размеров.

Вибросепарацию удобнее всего наблюдать с помощью механического вибратора, который можно легко изготовить из микродвигателя, на вал которого насажен резиновый ластик. Стаканчик с сыпучей средой ставят на двигатель и наблюдают явление разделения сыпучих сред на слои, а также «всплытие» мене плотных тел из более плотной среды. В самом простом варианте вибросепарацию можно пронаблюдать при встряхивании сосуда.

Опыт 1. В стакан с гречневой крупой помещают несколько кукурузных хлопьев и камень, встряхивают, и наблюдают, что кукурузные хлопья оказываются на поверхности крупы, а камень – на дне стакана. Положение предмета, погруженного в среду, зависит от плотности среды и самого предмета. Если плотность предмета больше плотности среды, то он утонет, а если меньше - всплывет.

Опыт 2. В стаканы с пшеном, рисом и гречей помещают по горошине. Встряхивают каждый из стаканов. В стакане с пшеном горошина всплывает быстро, с рисом – медленно, с гречей – не всплывает. Чем предмет, погруженный в среду, больше частиц, составляющих среду, тем быстрее он всплывет. Обтекаемая форма предмета и частиц, составляющих среду, увеличивает скорость всплывания предмета.

Опыт 3. В стакан с гречей помещают несколько бусин, различных по размеру и встряхивают. Наблюдают, что быстрее всплывают бусина большего размера. Чем больше по объему предмет, погруженный в среду, тем быстрее он всплывет.

Опыт 4. В стакан с пшеном помещают несколько кукурузных хлопьев и встряхивают. Наблюдают, что быстрее всплывают те хлопья, что больше по размеру. Следовательно, плотность этих хлопьев меньше, чем других. Чем меньше плотность предмета, тем быстрее он всплывет.

Таким образом, в опытах прослеживаются аналогии между вибрирующей сыпучей средой и жидкостью. Интерес представляет также определение границ этой аналогии, а также выяснение закономерностей вибросепарации, проявляющиеся в случае различного направления вибрации.