Теория правильной воронки

Теория правильной воронки

У меня есть уже 4 воронки и все они (в чём-то) неправильные. Ну чем думают авторы сих  воронок? Как минимум, они совсем не знают физики. (ну не должны же они, конструкторы, в конце концов, обладать ровно той же компетенцией, что и торговцы на рынке! Или, может, им приказывают делать это их, конструкторов, начальники? Ведь рынок же на дворе.) Поэтому разберём, раз и навсегда, каким требованиям должны удовлетворять правильные воронки.

Во-первых, самая грубая ошибка разработчиков воронок – это придание воронкам не конической формы (какая и преобладает у воронок малой ёмкости), а формы эллипсоида вращения (так, что в вертикальном сечении воронки получается полуовал) Почему это ошибка? Потому что для всякого сыпучего материала естественная равновесная форма некоторой порции этого материала – это конус, причём имеющий при вершине определенный угол, который тем больше, чем меньше коэффициент трения данного материала о себя. (угол же у основания равновесного конуса равен арктангенсу коэффициента трения данного материала) И, если попытаться уменьшить этот угол (например, насыпая сверху дополнительную порции материала), то материал естественным образом восстановит угол при вершине своего конуса до равновесного значения.
Отсюда выводы:
1)форма стенок воронки обязательно должна быть конической, иначе в вогнутости воронки будет образовываться застойная зона, для удаления которой энергии силы тяжести будет недостаточно, поэтому потребуется дополнительная энергия.
Да, для жидких материалов это кажется несущественным (т.к. образования застойной зоны как бы не происходит) Но это только кажимость, т.к. овально-вогнутые (изнутри) стенки воронки увеличивают её гидравлическое сопротивление и уменьшают, стало быть, её производительность.
2)угол при выходном отверстии воронки, по идее, зависит от пересыпаемого материала. Но можно сделать и универсальную воронку, а именно реализовав угол при вершине минимальный среди углов при вершине равновесных конусов для акутального множества сыпучих материалов. Ориентировочно он должен быть меньше 90 град. (приблизительно 70 град)

Поскольку при засыпании (или вливании) материала через воронку одновременно должен быть обеспечен выход воздуха из целевой ёмкости (куда засыпается или заливается материал)
(ведь материал занимает в целевой ёмкости (ЦЕ) некоторый объём и, если не обеспечить при этом выход воздуха из ЦЕ, то давление воздуха в ней будет подниматься, что затруднит (и чем дальше, тем больше) проход пересыпаемого материала в ЦЕ и, стало быть, увеличит гидравлическое сопротивление системы),
то необходимо между наружной поверхностью воронки и горлышком целевой ёмкости создать зазор толщиной не менее 1 мм (а лучше и 1,5 мм), через который и будет происходить выход воздуха из целевой ёмкости. Такой зазор обеспечивается выступающими ребрами на наружной поверхности воронки, которые должны:
1)быть по высоте не менее 1 мм (и на всей своей длине);
2)охватывать весь периметр воронки (то есть их должно быть как минимум 3 штуки. Ибо только при этом условии обеспечивается максимальная площадь поперечного сечения зазора.)
3)быть расположены (желательно) по все высоте воронки. Последнее необходимо, чтобы ребра обеспечивали вышеуказанный зазор при любом диаметре горлышка целевой ёмкости.

Понятно, что чем меньше диаметр выходного отверстия воронки, тем больше её гидравлическое сопротивление, а это не есть хорошо. Поэтому диаметр выходного отверстия должен быть максимально возможным. (а именно, чуть меньше диаметра горлышка ЦЕ (А1-)) При этом должен быть в наличии выходной отвод такой длины, чтобы обеспечить устойчивость воронки в горлышке ЦЕ. И, что еще важно, этот отвод должен быть цилиндрическим, а не коническим (как это и повелось делать и не знаю, почему) Ибо конический отвод в итоге увеличивает гидравлическое сопротивление воронки. А зачем такое нужно?

-А1: Вследствие этого хорошая идея сделать воронку составной, из нескольких воронок. И эта идея уже реализована. Но только вот неверно подобран ряд диаметров выходных отверстий каждой воронки. Видно, авторы при этом исходили также из идеи простоты конструкции, вследствие чего воронка получилась из 2-х звеньев.

В целом, чем больше ёмкость воронки (но и чем меньше её гидравлическое сопротивление, то есть диаметр сАмого выходного (то есть на конце выходного отвода) отверстия), тем больше её возможности (производительность) по быстрому пересыпанию больших объёмов. Ибо в этом случае экономится время на засыпание материала в промежуточную ёмкость, объём которой не может быть больше объёма воронки. Поэтому, чем больше ёмкость воронки, тем меньше таких пересыпаний требуется, из исходной ёмкости в промежуточную. В идеале объём воронки должен быть чуть больше объёма исходной ёмкости, ибо в этом случае пересыпание всей исходной ёмкости (в целевую) получается за 1 раз, поэтому промежуточная ёмкость становится не нужна.

И еще одно разумное требование к воронке: на внешней поверхности воронки следует сделать еще горизонтальные ребра, на нескольких уровнях, хотя на трех. Это нужно, чтобы воронка (существенно) не наклонялась на разных диаметрах входных отверстий целевого сосуда.