Анализ межкомпонентного взаимодействия вертикальных самотечных потоков Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

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-зния 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!).

I

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 (1х, 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:

(1)

где

Раэ — сила аэродинамического взаимодействия потоков в выделенном элементарном объеме <1УР, Н, которая может быть представлена уравнением:

C/S,

Ра(u—vf 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/

в диапазоне ламинарных и турбулентных режимов. В работе [3] показана несостоятельность оценок взаимодействия путем использования С/. В этой связи целесообразно характеризовать взаимодействие частиц материала и воздуха скоростью витания которая при использовании результатов [4] может быть представлена зависимостью (3), учитывающей форму, шероховатость частиц, а также условия стесненности- и структуру потока

= {[4^э(рт — р„) рти5]/р<7}1/2,

где р = 1,71 (рти5/С^р + 30)(1 —1,2(6/

ртМ5)2/3)-2,7 (1 _ (¿э/4/?2 + с(э))2)-2.4;

я = (1 — Д<0_3рв; ГЗ)

—динамический коэффициент формы;

<5— массовый расход материала, кг/с;

/?г — гидравлический радиус самотека, м;

А/й, — относительная шероховатость.

Преобразовав выражение (2), с учетом направления относительной скорости обтекания частиц материала воздушным потоком и .зависимости

получим:

F„

gm3 I u—v і (и—о)

(4)

(5)

После преобразований, подставив выражение (5) в равенство (1), получим уравнение энергии межкомпонентного взаимодействия, приведенной к единице объема самотека:

е = Йкам^ир^ырт« — йУ}с1х,

5 0 '

где р — и2 I иртрв8— Ор„ — <3рт|;

q = («pmpes — Gpe — Qpm);

(6)

<2 — массовый расход воздуха, кг/с.

Для определения зависимости удельной энергии е от скорости VI необходимо дополнительно выявить функциональную зависимость и=}(х). С целью определения функции распределения скорости потока частиц и по длине самотека запишем дифференциальное уравнение движения потока материала для частиц, находящихся в объеме йУР:

ли

-'-1W---W4.

(7)

du

где — вектор среднего ускорения потока

материала, м/с;

Рт, Ра, Р-,. - векторы, СООТВеТСТВеННО СИЛ ТЯЖеСТИ,

аэродинамического взаимодействия потоков и сопротивления, вызванного взаимодействием частиц друг с другом и поверхностью самотека, Н.

По результатам [5], сила сопротивления перемещению частиц /•\ с небольшими значениями скорости может быть описана уравнением:

/ч =ши,

где (о — коэффициент пропорциональности.

В соответствии с исследованиями [6], получим:

Яга б/

(о —-----,

О,

где Хт — коэффициент сопротивления;

йэ — эквивалентный диаметр самотека, м.

Учитывая, что кроме внешнего взаимодействия существует и внутреннее, т. е. взаимодействие

частиц материала друг с другом, под коэффиц ентом Хт понимается величина, учитывающая 01 вида сопротивления.

Подставив в выражение (7) значение кажд из сил, с учетом допущения йи/й1 = udu/dx; тэ -= Gdx/u и выполнив некоторые преобразован» получим уравнение движения потока материал

Q

Ре (s—U/upm)

/{и —

Q

Рв (s—G/upm)

и

"ТУ:

Зависимость е =f(vi) может быть получена пут« совместного решения уравнений (6) и (8) с испол зованием разработанной нами программы «DIF в которой на основании итерационных метод! на каждом этапе итерации решалось диффере циальное уравнение методом Рунге-Кутта с norpei ностью 0 (/г), а интегральное выражение — методе Симпсона.

С целью проверки адекватности математичесю зависимостей описываемым процессам взаимодейс вия были проведены лабораторные исследован! основных энергетических характеристик вертикал ных самотеков при гравитационном транспорт ровании зерновых культур.

Зависимость энергии е от скорости воздуха > полученная при транспортировании кукурузы I вертикальному самотеку различной длины I, м (кр вая 1 — 3,2; 2— 8; 3—13,5) при удельной вес вой производительности т=1971 кг/с3-м и ¿)э = 0,096 м, показана на рис. 2. Совпадение кривы (обозначенных крестиками), характеризуют,! эжекционное перемещение воздуха и кривь (обозначенных треугольниками), полученных щ создании вентилятором разрежения различие величины в выходном сечении самотека, говор! об отсутствии влияния способов движения воздуг ных потоков на процессы аэродинамического взаим действия частиц материала и воздуха.

На рис. 3 представлена та же зависимое є =/ (г^/) при транспортировании пшеницы по верт кальному самотеку за счет создания разрежем в его нижней части (/= 13,5 м, £>э= 0,096 м при -кг/с3-м: кривая 1 — 2500; 2— 2042; 3— 96;

4 — 297).

При увеличении скорости воздуха і>/ удельнг

1ергия межкомпонентного взаимодействия е умень-:ается. Это связано с уменьшением относительной сорости обтекания потоков. Пересечение кривых области VI ж 7,3 ... 7,7 м/с указывает на равен-гво средних по длине самотека скоростей потоков эздуха VI и материала ы/, а следовательно, на гсутствие суммарной межкомпонентной энерго-гредачи, независимо от производительности самочка.

Зависимость удельной энергии межкомпонентного заимодействия е от длины самотека I и удельной гсовой производительности т (представляющей эбой" весовую производительность самотека, отне-;нную к его площади поперечного сечения) при ¡=0 приведена на рис. 4. (<3=0, Оэ=0,096 м). Ана-из представленных данных показывает, что при осте значений / или т (т, кг/с5: 1 — 672; 2 — 1747; — 2688) величина в также возрастает. Сопоставление экспериментальных данных, пред-'авленных на рисунках точками или символами

с расчетными значениями (сплошные линии) позволило установить адекватность математической модели описываемым процессам.

Самотеки сыпучих материалов могут быть представлены как аппараты, в которых часть энергии гравитационного материалопотока расходуется на создание направленных воздушных потоков. Количественно процессы перемещения воздуха по самотекам могут быть описаны с использованием зависимостей вида e=f(vi), аналогичными аэродинамическим характеристикам вентиляторов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дмитру к Е. А. Борьба с пылью на комбикормовых заводах.— М.: Агропромиздат. —1987.— 84 с.

2. Д м и т р у к Е. А., Володин Н. П. Аспирация комбикормовых заводов.— М.: Колос.— 1976.— 175 с.

3. З у е в Ф. Г. Пневматическое транспортирование на зерноперерабатывающих предприятиях.— М.: Колос.— 1976,—61 с.

4. Васильева Г. А. Исследование аэродинамической характеристики зернистого материала: Автореф. дис. ... канд. техн. наук.— Одесса.— 1973.— 20 с.

5. Кильчевский Н. А. Курс теоретической механики. М.: Наука.— 1977.—2—543 с.

6. Снижение энергоемкости мельничных пневмотранспорт-ных установок/Н. П. Володин, А. И. Кривошеин, М. Г. Косторных, А. В. Тантлевский.— М.: Колос.—

1978,— 224 с.

Кафедра промышленной вентиляции,

гидравлики и насосов Поступила 28.02.90

664.761.002.612

АДГЕЗИЯ И АУТОГЕЗИЯ ЧАСТИЦ 1. Зависимость адгезии и аутогезии частиц муки от давления контакта

А. Д. ЗИМОН Всесоюзный заочный институт пищевой промышленности

Частицы муки испытывают давление вышеле-:ащих слоев, прижимаются друг к другу и к по-грхности. Кроме того, прижим частиц осуществля-гся за счет внешнего воздействия, влияющего на энтакт частиц и называем контактным давлением, азработанные и применяемые ранее методики [1] ают возможность определить влияние этого давле-ня на адгезию и аутогезию частиц. К числу подоб-ых методик относится сдвиг [2|.

В кювету 2 помещается определенная навеска уки 1. Сверху кювета закрывается пластинкой, эторая служит основой для помещения груза и издания внешнего давления. Фиксация кюветы и ; движение в определенном направлении осуще-гвлялась за счет выступов, которые входят в выемы :нования .прибора. Сдвиг может осуществляться ^утри массы порошка или на границе ее с по-грхностью. В первом случае определяется аутоге-iя а, а во втором — адгезия б частиц порошка эис. 1).

Для достижения равномерной плотности упаков-л частиц проводилась вибрация испытуемой мас-л с одновременным воздействием уплотняющего

Рис. 1

давления Ри. Под действием уплотняющего давления происходила определенная упаковка частиц; величина уплотняющего давления колебалась от 1,5 до 12,6 кПа. Минимальное значение Ри соответствовало положению муки в верхних слоях бункера, а максимальное — примерно равно давлению, которое испытывают нижние слои муки в бункере' высотой 10 м.

Сдвиговые усилия измерялись при определенном