CC BY
40
ф — производительность машины, кг/ч\ Соб — абсолютный объем оболочек, %; N — мощность, затрачиваемая на шелушение, кВт.
ЛИТЕРАТУРА
1. Информационный листок о передовом производственном опыте № 023—89,—Одесский ЦНТИ, 1989,—4 с.
2. Хухрянский П. Н. Прессование древесины.— М.: Лег. пром-сть, 1964.— 214 с.
3. Основы расчета и конструирования машин и аппа тов пищевых производств/Под ред. д-ра техн. н; проф. А. Я. Соколова.— М.: Промиздат, 1960.— 742
4. Настагунин И. В. Исследование процесса работки зерна кукурузы в роторном фрикционь шелушителе: Автореф дис. ... канд. техн. наук Одесса, 1967.
Кафедра технологического оборудования
зерновых производств Поступила 18.10
664.723.001.5
АЛГОРИТМ РАСЧЕТА АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРАВИТАЦИОННЫХ ЗЕРНОВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ ЭЛЕВАТОРОВ
Е. А. ДМИТРУК, М. Б. БАБИЧ, О. И. ГАПОНЮК, В. В. КРАСНОВА
Одесский технологический институт пищевой промышленности им. М. В. Ломоносова
Технологические процессы приема, транспортирования и обработки зерна на элеваторах неизбежно сопровождаются его взаимодействием с окружающим воздухом, образованием пылевоздушных потоков и их проникновением через укрытия оборудования в производственные помещения [1]. Проблема повышения пожаровзрывобезопасности и улучшения экологической обстановки на зерноперерабатывающих предприятиях связана с решением комплекса задач, определяющее место среди которых занимают совершенствование существующих и создание новых методик расчета и проектирования систем аспирации СА. Используемые проектными институтами методики расчета аэродинамических характеристик аспирационных установок АУ [2, 3] базируются на использовании уравнения баланса объемов воздуха:
<3а = <3Н + <2в + Яэж + 0-ун> (1)
где С}н — объем воздуха, поступающий через неплотности укрытий оборудования, мг/с\ 0в — объем воздуха, вытесняемый поступающим продуктом, мг / с\ <3ЭЖ — объем воздуха, эжектируемый потоком материала в загружающем самотеке, м3/с; С}ун — объем воздуха, уносимый потоком материала через разгружающий самотек, м3/с.
При этом составляющие С1ЭЖ и 0.ун определяют по таблицам, построенным на основании эмпирических данных без учета всего многообразия влияющих факторов. Это приводит к отклонению фактических режимов работы АУ от нормативных [1] в диапазоне 50—300%.
С целью более полного представления процесса эжекции воздуха в самотеках используем аналитический метод исследования. Для его реализации принимаем следующие допущения: насыпная плотность сыпучего материала рг и плотность воздуха рв по длине самотека Ь постоянны; зерновой поток движется в установившемся режиме; скорость воздушного потока направлена вдоль оси самотека ихФ0, иу=иг—0. На основании принятых допущений, анализа процессов перемещения зерна в самотеках и законов сохранения энергии и неразрывности воздушного потока предложена зависимость в виде:
я.
Я, —Я2 = - $ КВ3
Ре (Рм—и/Р
1(н*
q ;
Ре(їм—и/Рти*У
dx
[(:
Q
2 L {t-'м — (j/PTUK
і
Q
Я-G
Q
Pe(FM—'G/pTuo> j \pe{FM—G/pTu0,
( Q V _
2 — 0/9tuk)'
)Sax 2
[°’12p«(o,816pe {?M-U/Prux)) X
v/83v0,816pe (FM — G/pTux) (B3 + 2 (A —G/pTuxB3)) \ Q(FM-G/pTux)
і Кэ (B3+2 (A — G/pTuxB3 ^i/5 j ^
(FM—G/pTux X(B3+2 (A~G/pTuxB3)-
dx
2 (FM—G/pTux)
Рв ^'м—и/ртих)' где Я1 и Яг — соответственно значения давлен] воздуха в укрытиях разгружаемого и загружаемо самотеком оборудования, Па\ <2 — массовый расх! воздушного потока, кг/с; рв — плотность воздух кг/ж3; рт — насыпная плотность зерна, кг/и и о, ик, их — соответственно начальная, конечная и т кущая скорость зернового потока, м/с; в — масс вый расход зернового потока, кг/с; Рч — площа, поперечного сечения самотека, ж2; В3 — шири: потока зерна, м; А — характерный размер возду1 ного потока, м; едх, геых — соответственно коэфф циенты аэродинамического сопротивления укрыт: разгружаемой и загружаемой самотеком маши К3 — шероховатость внутренней поверхности сам тека, мм; V — динамический коэффициент вязкост Ка — коэффициент ЭНерГОПереДЭЧИ между ПОТОК! зерна и воздуха.
Сила аэродинамического взаимодействия зерноЕ го потока с воздухом записана по аналогии с зав симостью Дарси — Вейсбаха [4]. Изменение относ тельной скорости зернового и воздушного ПО! ков по длине материалопровода, обусловливающ изменение силы взаимодействия между ними, уч тывалось через массовые расходы потоков б и площадь их «живого сечения». Площадь «живо сечения» воздушного и зернового потоков опрех ляли с использованием зависимостей
Б = Б
О
р тих
(3)
(4)
Изменение гидравлических параметров воздушного потока по длине самотека учитывали через гидравлический радиус:
р _/7„—1°/Рт«
5,
(5)
Зависимость скорости зерна от текущей продольной координаты самотека и=[(х) рассчитывали для каждого значения <2 из формулы:
сій
и1Бс~^Ъта‘ ~ ^ С0?‘ а
(о.
22
иВ з
(оясобсх
»
X-
<б)
Ра (Рм—С/Рти)
Ре^'м-С/Р^й)
где а — угол наклона самотека, град.
Величина коэффициента внешнего трения зернового потока о поверхность самотека переменна по его длине [5] и в зависимости от изменения скорости частиц и величины нормальных напряжений определяется следующим образом:
/ = 0,22 + (Ґ—3“ ) ' соэ а /
и
(7)
Сила внутренних диссипативных потерь энергии согласно [6] принимается прямо пропорциональной скорости движения зернового потока и описывается зависимостью
Р =
(8)
Коэффициент диссипативных потерь энергии Хт по аналогии с исследованиями [7] принимается постоянным.
Таким образом, зависимости (2) и (6) учитывают изменение условий движения потоков по длине самотека, взаимосвязь и взаимообусловленность основных характеристик зернового и воздушного потоков, аэродинамическое сопротивление узлов перегрузки, силы внешнего и внутреннего трения зернового потока. Кроме того, они также учитывают аэродинамическую связь самотека с режимом работы аспирационных отсосов от укрытий оборудования до и после самотеков.
Экспериментальная проверка полученных зависимостей проводилась на стендовой установке. На рис. 1 приведена ее схема: 1 — нория, 2—накопительный бункер, 3 — шлюзовый питатель, 4 — увя-зочный самотек, 5 — наклонный (исследуемый) самотек, 6 — приемный бункер, 7 — задвижки, 8 — противоточный аспирационный отсос, 9 — разгрузочный самотек, 10 — устройство для измерения скорости сыпучего материала, 11 — противоточный аспирационный отсос, 12 — коллекторы, 13 — аспи-рационные воздуховоды, 14 — вентилятор, 15 — гибкий соединительный рукав.
На базе зависимости (2) и результатов экспериментальных исследований самотечного транспорта зерновых культур получены аэродинамические характеристики материало-воздушных потоков:
Н = /«?).
\ 1
Д \\л
V
\ \ 2 / ъ / /
X / /
6
О
Ю 30 а?
ч
\ V
Д \ \ Ч
Рис. 2
На рис. 2 показана зависимость перепада давлений воздуха И в самотеке от расхода воздуха С? (Овес, /.=6,2 ж, а=48, Бм=0,008 ж2), кг/с: 1 — 0=3,16; 2 — 0=1,82; 3— 0=1,1; 4—0=0,48.
Данные характеристики получены для широких пределов параметров функционирования самотеков, применяемых в условиях производства.
Так, из анализа графиков Н =1(0) следует, что точка А определяет движение зерна в неподвижной воздушной среде (С?=0) при полной герметизации одного из сечений воздушного потока (входа или выхода). Разгерметизация сечения — уменьшение аэродинамического сопротивления (участок кривой А Б) влечет за собой увеличение расхода эжекти-руемого воздуха, уменьшение силы аэродинамического взаимодействия потоков, перепада полного давления и соответственно увеличение скорости зернового потока. В точке А часть энергии зернового потока, передаваемая воздуху, расходуется на создание статического перепада давления (внутренней энергии воздуха). Точка Б определяет граничные возможности использования полученной воздухом энергии на выполнение работы эжекции. Кроме того, она определяет максимальные объемы воздуха, перемещаемые за счет переданной ему части энергии зернового потока.
Дальнейшее увеличение скоростей потоков (участок кривой БС) возможно лишь путем использования дополнительного внешнего источника энергии, позволяющего увеличить мощность воздушного потока в самотеке. В производственной практике — это случай, когда аспирационный отсос (внешний источник энергии) устанавливается на укрытии оборудования, загружаемого самотеком, и при этом поток зерна и аспирационный воздух движутся в самотеке в одном направлении — прямоток (рис. За).
При этом необходимо отметить, что в зависимости
Рис. і
Рис. 3. Схема движения гравитационных потоков:-----*- зер-
нового;^^'—». воздушного в самотеках: 1 — аэродинамический разрыв (шлюзовый питатель или продуктовая пробка); 2 — аспирационный отсос
от мощности аспирационного отсоса наблюдается несколько режимов движения потоков. На учаотке БС скорость зернового потока больше, чем воздушного, и он отдает часть своей энергии воздуху, причем величина ее зависит от относительной скорости потоков как движущей силы энергообмена. В точке С средние скорости потоков по длине мате-риалопровода равны, поэтому энергообмен между ними отсутствует. Перепад давления АН в точке С определяет потери энергии воздушного потока на трение его о свободную от зерна поверхность самотека при равных средних скоростях воздуха и зерна. При дальнейшем увеличении мощности аспирационного отсоса средняя по длине скорость воздуха становится выше средней по длине материало-провода скорости зерна и на участке СД зерновой поток оказывает аэродинамическое сопротивление воздушному.
Аналогичная картина наблюдается при устройстве аспирационного отсоса от укрытия оборудования, которое разгружается самотеком. При этом зерновой и воздушный потоки движутся в различных направлениях — противоток (участок АВ) (рис. 36). Для перемещения воздушного потока через самотек в противоточных режимах аспирационный отсос должен развить мощность, большую, чем мощность эжекционного потока воздуха:
Ыот > М, = 0энэ. (9)
При данном режиме движения потоков проис-
ходит значительное уменьшение скорости дви ния зернового потока, а при относительной с рости потока, равной скорости витания час зернового материала, движение потока зерна пр ращается.
Использование зависимостей (2) и (6) при прс тировании АУ ТТЛ, включающих самотеки, позвс ет по сравнению с существующими методикг [2, 3] более полно отражать процессы эжею воздуха и рассчитывать параметры работы аспи ционных отсосов для различных вариантов их к поновки (рис. 3), что невозможно осуществ по используемым сегодня методикам.
Зная аэродинамические характеристики укры оборудования, разгружаемого самотеком HM/=f и загружаемого самотеком Нм2= f (Q), определ! нормативные величины разрежения Ннм и сооте ствующие им объемы аспирационного воздуха После компоновки аспирационных отсосов (рис. аэродинамические параметры машины, наибо, удаленной от отсоса Н»,, Q«, — для схемы a, h Q*2 — для схемы б, подставляем в уравнения и (6) и с использованием ЭВМ рассчитываем эн гетическую характеристику местного отсоса I После чего, умножив его на общий объем аспи ционного воздуха от машин, получаем мощно аспирационного отсоса, обеспечивающего запро тированные режимы аспирации машин М\ и (см. рис. 3):
Nor = Ног (<Й/ + <ЙР (
Таким образом, предложенные зависимости (2) и I) по расчету аэродинамических характеристик [астков ТТЛ, включающих самотеки, могут слу-ить основой создания программного обеспечения асчета на ЭВМ параметров аспирационных систем ■рноперерабатывающих предприятий.
ЛИТЕРАТУРА
Дмитрук Е. А. Выполнить исследования эжекции воздуха по самотекам и разработать исходные требования на экспериментальные укрытия: Отчет по теме /Руководитель работы Дмитрук Е. А.— Одесса, 1986.— 119 с. (МВССО УССР ОТИПП им. М. В. Ломоносова). Панченко А. В. и др. Вентиляционные установки зерноперерабатывающих предприятий /Под ред. Дзяд-зио А. М.— М.: Колос, 1974.—400 с.
Указания по проектированию аспирационных устано-
вок комбикормовых заводов.— М.: ЦНИИТЭИ, 1985.— 129 с.
4. Альтшуль А. Д., Киселев П. Г. Гидравлика и аэромеханика. Изд. 2-е, перераб. и доп.— М.: Стройиздат, 1975.— 323 с.
5. Тарасов В. П., Зуев Ф. Г., Коцюба В. П.,
Соколов А. Я. Экспериментальное определение коэффициента трения в движении муки по стали// Изв. вузов, Пищевая технология.— 1982.— № 4.—
С. 105.
6. К и л ь ч е в с к и й Н. А. Курс теоретической механики. 2,—М.: Наука, 1977,—543 с.
7. Г а п о н ю к О. И. Обоснование рациональных режимов функционирования вертикальных участков самотечного транспорта элеваторов: Автореф. дис. ... канд. техн. наук.— Одесса, 1988.— 16 с.
Кафедра промышленной вентиляции
гидравлики и насосов Поступила 23.12.89
621.6.052.001.573
АНАЛИЗ МЕЖКОМПОНЕНТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ САМОТЕЧНЫХ ПОТОКОВ
Е. А. ДМНТРУК, О. И. ГАПОНЮК, А. П. ВЕРЕЩИНСКИЙ
Одесский технологический институт пищевой промышленности им. М. В. Ломоносова '
В работах [1,2] установлено существенное влия-ие вертикальных самотеков зерна на качество аботы систем аспирации и обеспыливания, обеспе-ивающих повышение пожаро-взрывобезопасности. оздействие движущегося материала на воздуш-ую среду в самотеках продуцирует направленные ылевоздушные потоки. Для количественного опи-ания аэродинамического воздействия самотеков а системы аспирации необходимо выявить основ-ые их характеристики.
Наши исследования показали, что в качестве сновной аэродинамической характеристики, описы-ающей состояние воздушной среды самотечного оанспорта, может быть использована зависимость дельной энергии межкомпонентного взаимодейст-ия е от средней скорости воздуха по длине мате-иалопровода VI, т. е. г=!(и!).
1
а/х
Рис. 1 >_
На рис. 1 приведена схема движения потока сы-учего материала в вертикальном самотеке. Для писания процессов транспортирования выделим
элементарный объем (1Ш высотой Лх, площадью поперечного сечения 5. Качественный анализ гравитационного перемещения потока позволил определить удельную энергию межкомпонентного взаимодействия е, как работу сил аэродинамического взаимодействия на участке материалопровода длиной I, отнесенную к объему этого же участка:
Лшйх'
(1)
где
Раэ — сила аэродинамического взаимодействия потоков в выделенном элементарном объеме йУР, Н, которая может быть представлена уравнением:
С£.
рв(и—и)2 тэ 2т..
(2)
где С/ — коэффициент аэродинамического взаимодействия одиночной частицы;
5,, — площадь миделевого сечения частицы, м2\
Ре — плотность воздуха (рв=сопз1 по длине самотека), кг/м3-, и и V — текущее значение скорости, соответственно, потоков материала и воздуха, м/с ;
тэ — масса материала, заключенного в выделенном объеме dW, кг;
тч — масса одной частицы материала, кг.
Вследствие изменения скорости движения потоков относительно друг друга по длине самотека происходит изменение объемной концентрации частиц, что приводит к качественному изменению структуры потоков. Так, в верхней части самотека может наблюдаться более стесненное движение потоков, а в нижней части — менее стесненное. Дви -жение воздушного потока относительно потока материала по всей длине самотека осуществляется при различных значениях чисел Рейнольдса, что вызывает изменение значений коэффициента С/
