CC BY
9
Для шдвищення ефективностi технологiчних процесiв столярних виро-6ÏB, стабiльностi технологiчних операцiй необхщно враховувати чинники, що дiють на верстати, потоки i автоматичнi лши (параметри заготовок i матерiалу, кшьюсть i характер вiдмов обладнання, несинхроншсть роботи окремих вуз-лiв, переповнення нагромаджувачiв, накладенi втрати робочого часу, i т. ш.).
Лiтература
1. Билей П.В. Сушка древесины твердолиственных пород / П.В. Билей. - М. : Изд-во "Экология", 2002. - 222 с.
2. Дудюк Д.Л. 1мтцшне моделювання гнучких автоматизованих лшш у люовиробничому комплекс / Д. Л. Дудюк, В.М. Максим1в, Л.Я. Сорока та ш. - К. : Вид-во 1СДО, 1996. - 139 с.
3. Бшей П.В. Методология наукових дослщжень технолопчних процеав деревообробки / П.В. Бшей, М.Г. Адамовський, Л.Я. Сорока та ш. - Льв1в : Вид-во "Панорама", 2003. - 184 с.
4. ¡ванишин Т.В. Пщвищення стабшьносп 1нтервал1в випуску за рахунок техшчного вдосконалення деревообробного обладнання / Т.В. 1ванишин // Науковий вюник УкрДЛТУ : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : Вид-во УкрДЛТУ. - 1997. - Вип. 6. - С. 94-98.
Сорока Л.Я. Повышение стабильности технологических операций в столярном производстве
Рассмотрен вопрос повышения стабильности технологических операций. Для повышения эффективности технологических процессов столярных изделий, стабильности технологических операций необходимо учитывать факторы, которые действуют на станки, потоки и автоматические линии (параметры заготовок и материала, количество и характер отказов оборудования, несинхронность работы отдельных узлов, переполнение накопителей, потери рабочего времени, и так далее).
Soroka L.Ya. Increasing of technological operations stability in woodworking
Considered questions of stability rise of technological operations. Для шдвищення ефективносп технолопчних процеав столярних виробiв, стабшьносп технолопчних операцш необхщно враховувати фактори, що д^ть на верстати, потоки i автоматич-ш лшп (параметри заготовок i матерiалу, кшьюсть i характер вщмов обладнання, несинхроншсть роботи окремих вузлiв, переповнення накопичувачiв, накладеш втрати робочою часу, i т.д.). _
УДК 674: 621.928.93 Доц. Л. О. Тисовський1, канд. фн.-мат наук;
викл. А.В. Ляшеник2, канд. техн. наук; викл. Л.М. Дорундяк2;
ст. викл. Ю.Р. Дадак1
ДЕЯК1 РЕЗУЛЬТАТЕ МОДЕЛЮВАННЯ РУХУ ДВОФАЗОВОГО ПОТОКУ ПОВ1ТРЯ У ЦИКЛОНАХ
Побудовано математичну модель руху запиленого пов^ря, що мютить OKpeMi твердi частинки (вщходи виробництва), i на п основi здiйснено числовий аналiз зада-4i про сепаращю двофазового потоку в циклонi. Описано аеродинамiчнi процеси в сепараторi, яю можуть бути використанi для досшдження нових конструкцiй пилов-ловлювачiв та вивчення впливу геометричних розмiрiв окремих елеменпв на процес очищення пов^ряного потоку вiд пилу деревини.
1 НЛТУ Украши, м. Львiв
2 Коломийський полiтехнiчний коледж
У працях [1, 2] автори здшснили постановку задачi про рух пилоповгг-ряного потоку в циклонних сепараторах та виконали И числовий aHani3 для циклона марки СКЦН-40. Задачу про рух частинки пилу в криволшшному потощ розглянуто в роботi [3].
У цьому дослщженш зроблено спробу описати рух двофазного потоку в циклош та проaнaлiзувaти деякi з отриманих результaтiв.
Представимо тепер потж запиленого повiтря, що подаеться на вхщ циклона як двофазну сумш, що складаеться iз сумiшi несучо! фази (повiтря) та пилу деревини. Припустимо при цьому, що вс частинки мають однаковий розмiр, форму та масу. Взaемодiею частинок мiж собою, а також впливом на них броушвського руху нехтуемо. Об'емна концентрaцiя частинок вва-жаеться малою. Припускаемо також, що змша температури та тиску основно! фази не впливае на змшу форми i розмiрiв твердо! частинки, а також немае фазових перетворень (горшня частинки пилу).
Зазначимо, що введет припущення значно спрощують постановку задачу проте, зазвичай не суперечать умовам роботи деревообробного устаткуван-ня. З огляду на зазначене, повну систему рiвнянь для цього випадку у векторному виглядi можна представити так (для несучо! фази позначимо шдексом 1):
1. Рiвняння Нав'е-Стокса (рiвняння руху)
dV® - 2 -
р(1)—- = р(1)F(1) -grad(p +-^divV(1)) + 2Div(pS). (1)
dt 3
2. Рiвняння нерозривност^ якi е математичним записом закону збере-ження маси певного об'ему суцiльного середовища
Р + divpV ®) = 0. (2)
dt
3. Рiвняння стану
p = p(1)RT (3)
/ гт,\п
Мо
4. Рiвняння балансу тепла
T
V т0 У
(4)
р(1)
d_
dt
h+(V (1))2 ^
V
dp j- — (1) & 2 - (1) -г (1) М
р(1)F(1) • V(1) + div(2pV(1)S --mV(1)divV(1) + ^gradh). (5) dt 3 a
У сшввщношеннях (1-5) прийнято таю позначення: V(1)(и(1), у(1), м(1)) - вектор швидкост точки несучо! фази з координатами х, у, ; в момент часу I (змшт Ейлера); р(1) = р(1)(х, у, z, /) - густина несучо! фази в точщ з координатами (х, у, z) в момент часу I Р(1) = (РхРу- вектор густини масово! сили для повгтря;
7 - ди ду дм . -dlvV =--1---1---дивергенщя вектора швидкост V ;
дх ду д;
др др др. . , gradр = (--1---1--) - град1ент скалярного поля функци ф.
дх ду д;
• ц - динамiчний коефщент в'язкостц
• £ - тензор швидкост деформацiй;
^ /V
• сНуТ - дивергенция тензора т ;
• Я - газова постшна; Т0, ц0 - вiдповiдно абсолютна температура i коефщент в'язкосп, що вiдповi-
залежно вiд температури
дають деякому початковому стану газу п е основно! фази;
т С
к - ентальтя (теплова функщя), к = | С—(Т)СТ; а =-— - число Прандтля;
о Л
• Ср - коефщент теплоемност за постшного тиску; X - коефщент теплопро-вiдностi газу.
Зважаючи на зазначеш припущення, ус частинки друго! фази перебу-вають в однакових умовах. Тому достатньо дослщити рух одше! з них. Кожна тверда частинка здшснюе складний рух. При цьому рух разом 1з потоком по-вггря з1 швидюстю V(1) е переносним, а рух частинки всередиш основно! фази 1з швидюстю V е вщносним, тобто абсолютна швидюсть V(2) = V(1) + V.
Таким чином, задача зводиться до визначення вщносно! швидкост ру-
ху V \ диференщальне р1вняння руху в цьому випадку набувае вигляду
^ Р (6)
т— = Р, (6)
с
де: т - маса твердо! частинки; Р - сили реакци повггря на тверду фазу, вщ-несеш до одинищ об'ему, як визначають як активш сили так 1 сили шерци. Сила Р залежить вщ умов роботи циклона.
Для того, щоб розв'язок отримано! системи диференщальних р1внянь був единим, потр1бно задати початков! та граничш умови.
Пщ початковими умовами у цьому випадку розумдать задання в по-чатковий момент часу поля швидкостей \ температур 1, кр1м цього, тиску в довшьнш точщ циклона. Вважаемо, що в початковий момент часу швидкост обох фаз е однаковими.
Граничш умови визначаються формою та конструктивними розм1рами циклона { для ще! задач! набувають вигляду:
• швидшсть повiтря на нерухомих твердих поверхнях циклона дорiвнюе нулю;
• вважаемо вщомою швидшсть набiгаючого пилопов^яного потоку на входi в циклон у будь-який момент часу;
• ввдомий розподiл температур на поверхт циклона в початковий момент часу;
• мiж твердими частинками та поверхнею циклона мае мшце iдеальний удар.
Було здшснено числовий анашз розв'язку задачу результати якого наведено на рис. 2-6. Обчислення виконано за такими значеннями параметр1в:
• геометричт розмiри циклона (рис. 1);
• густина повггря р(1) = 1,3 кг/м3, густина твердо! частинки р(2) = 720 кг/м3, по-
чаткова швидшсть и0 =20 м/с, температура Т0 = 20°С, статичний тиск на ви-ходi з вихлопно! труби циклона дорiвнюе атмосферному.
Рис. 1. Схема Рис. 2. Рух повтряних потошв у циклош: а - траекто-
циклона рпруху; б - проекцп вектора швидкост1 потоку повтря
на площину, яка мiстить eicb циклона
Пилопов^ряна сумш потрапляе у сепаратор через вхщний патрубок прямокутного перерiзу i починае обертатися навколо ос циклона. Утво-рюеться зовнiшнiй повiтряний потiк, який рухаеться до основи сепаратора (рис. 2, а). У кошчнш частит апарата, внаслщок збiльшення гiдравлiчного опору, потж здiйснюе поворот на 180 градуЫв, утворюе внутрiшнiй потiк i, продовжуючи обертатися, пiдiймаеться та через вихлопну трубу потрапляе в атмосферу.
На рис. 2, б показано величину проекци вектора швидкост руху повгг-ряного потоку на вертикальну площину, яка мютить вiсь циклона. У цилш-дричнiй частинi ще! конструкци явища радiального стоку практично немае, оскшьки радiальна складова вектора руху потоку вщсутня. Радiальний стiк починае утворюватися нижче перерiзу I (рис. 2, б). У верхнш частиш циклона (вище перерiзу I) чггко роздiленi дiлянки зовнiшнього та внутршнього вихо-рiв. Нижче перерiзу II щ дiлянки накладаються одна на одну. Вщбуваеться часткове перемiшування зовшшнього i внутрiшнього потокiв i, як наслщок, захоплення частинок пилу висхщним потоком. У конiчнiй частинi апарата спостер^аеться обертання зовнiшнього потоку не тшьки навколо осi циклона, але й навколо осi, яка дотична до траектори руху потоку.
Частинки пилу, як перебувають у потощ у вхщному патрубку, руха-ються вздовж прямолшшних траекторш. З початком обертання потоку характер руху змшюеться. Залежно вщ розм1ру, частинки можуть рухатися по ста-цюнарних орбггах до ос або зовшшньо! стшки циклона. Характер руху може бути як плавним, так { "стрибкопод1бним" (рис. 3).
Частинки пилу великого д1аметра та кусков! вщходи рухаються, вда-ряючись { вщскакуючи вщ зовшшньо! стшки циклона (рис. 3, а). Др1бш частинки пилу, розм1р яких е бшьшим за критичний д1аметр частинок, як можуть бути уловлеш в циклош, плавно викривляють траекторш руху 1, про-довжуючи обертатися, починають рухатися у напрямку до зовшшньо! стшки циклона. Найдр1бшш1 частинки рухаються по концентричних колах навколо ос циклона, зазнають ди рад1ального стоку, внаслщок чого через вихлопну трубу потрапляють до атмосфери (рис. 3, в).
Рис. 3. Траектори руху частинок пилу Рис. 4. Траектори руху частинки пи-Ыаметром 5-1004м (а), 5-10Т6м (б), 5-10Т8м (в) лу Ыаметром 8-10 м (а) i 8-10Т6м (б)
В1дом1 на сьогодш теори процесу уловлення частинки пилу в циклонному сепаратор! вводять поняття критичного д1аметра частинок пилу, яю бу-дуть уловлеш в апарать Вважають, що вс частинки пилу, розм1р яких е бшь-шим за критичне значення, будуть уловлеш в циклош, а частинки меншого д1аметра потраплять до атмосфери. Здшснений анал1з показуе, що частинки пилу, розм1р яких становить 8-10-5 м, починають обертатися по стацюнарнш орбт поблизу стшки у котчнш частиш циклона (рис. 4, а), тод1 як на порядок др1бшш1 частинки здебшьшого потрапляють до бункера (рис. 4, б). Ймо-в1ршсть уловлення частинки пилу залежить не тшьки вщ !! розм1ру, а й вщ
мюця 11 розташування у вхiдному патрубку. Частинки пилу, яю розташованi поблизу вихлопно! труби, можуть потрапити до атмосфери внаслщок того, що частина повггряного потоку повертаеться i потрапляе у вихлопну трубу на дшянщ поблизу 11 нижнього краю (рис. 2, б; 4, б). Отримаш результати тд-тверджуються експериментальними дослiдженнями, яю часто свiдчать про те, що окремi частинки великого розмiру не уловлюються у циклонi.
Характер руху частинок пилу може змiнюватись залежно вiд конструктивних особливостей циклона та технолопчних параметрiв процесу очищення (рис. 5).
Рис. 5. Траектори руху частинок пилу дiаметром 5-10'6м (а), 20-10'6м (б), 100106м (в)
Рух частинок пилу дiаметром 5, 20 та 100 10-6 м зображено на рис. 5. На початку вхщного патрубка частинки пилу розподшеш рiвномiрно по усьо-му поперечному перерiзi. Траектори 1хнього руху е паралельними. Проте з початком обертання навколо ос циклона вщбуваеться перерозподш взаемно-го розмщення частинок пилу. Дрiбнi частинки пилу за певних технолопчних режимiв очищення потоку в циклош можуть утворювати так званi мпиловi джгути" (рис. 5, а). При цьому з перших моменлв перебування у циклонному сепараторi густина розподшу частинок пилу не е постшною величиною, а змшюеться залежно вiд точки замiру. 1з зростанням значення дiаметра частинок 1'хнш розподiл на внутршнш сторонi циклона стае рiвномiрнiшим (рис. 5, б, в). В умовах деревообробно! промисловост мпиловi джгути" утво-рюються постiйно, що видно з фотографш, якi зробленi пiд час вивчення процесу сепараци деревного пилу за допомогою прозорих моделей циклошв (рис. 6, а, б).
Отже, запропонована модель руху двофазового пилопо-вiтряного потоку в циклонi до-сить точно, що пiдтверджено ек-спериментальними дослщження-ми, описуе аеродинамiчнi проце-си в сепараторi та може бути ви-користана для дослщження но-вих конструкцiй пиловловлюва-чiв та вивчення впливу геомет-ричних розмiрiв окремих еле-менпв на процес очищення по-в^яного потоку вiд пилу дере-вини, що е предметом подаль-ших дослiджень у цьому нап-рямку.
Лггература
1. Лютий G.M. Постановка задач! про математичне моделювання руху пов1тряного потоку в циклош та шляхи й числово! реал1зац1'1 / С.М. Лютий, Л.О. Тисовський, Ю.Р. Дадак, А.В. Ляшеник // Науковий вюник УкрДЛТУ : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : Вид-во УкрДЛТУ. - 2009. - Вип. 19.1. - С. 48-54.
2. Тисовський Л.О. Математическое моделирование аеродинамических процессов в циклоне / Л.О. Тисовский, Л.М. Дорундяк, А.В. Ляшеник, Ю.Р. Дадак // Новейшие достижения в области импортозамещения в химической промышленности и производстве строительных материалов и перспективы их развития : матер. Междунар. научн.-техн. конф. -В 2 част. - Минск, 25-27 ноября 2009 г. - МН БГТУ, 2009. - Ч. 2. - С. 177-182.
3. Лютий С.М. До питання моделювання руху частинки деревного пилу в фшьтрувальних циклонах / Лютий С.М., Тисовський Л.О, Ляшеник А.В. // Науковий вюник УкрДЛТУ : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : Вид-во УкрДЛТУ. - 2004. - Вип. 14.4. - С. 77-84.
4. Лютий С.М. До виведення р1вняння руху частинки пилу у фшьтрувальному циклош / Лютий С.М., Тисовський Л.О., Кондур О.С., Ляшеник А.В. // Науковий вюник УкрДЛТУ : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : Вид-во УкрДЛТУ. - 2003. - Вип. 13.2. - С. 241-249.
Тысовский Л. О., Ляшенык А.В., Дорундяк Л.М., Дадак Ю.Р. Некоторые результаты моделирования движения двухфазного воздушного потока в циклонах
Построена математическая модель движения запыленного воздушного потока, содержащего твердые частицы (отходы производства), и на ее основе проведен числовой анализ задачи о сепарации двухфазного потока в циклоне. Описаны аэродинамические процессы в сепараторе, которые могут быть использованы для исследования новых конструкций пылеуловителей и изучения влияния геометрических размеров отдельных элементов на процесс очистки воздушного потока от пыли древесины.
Tysovsky L.O., LyashenykA.V., DorundyakL.M., Dadak Yu.R. Some results of modeling two-phase stream of air in cyclone separator
In this paper was build mathematical model of dusted air traffic which consist solid parts. Based on this paper was made digital analysis of 2 - phase flow separation in cyclone. Described aerodynamic processes in a separator, which can be utillized for research of new constructions of dust separators and study of influence of geometrical sizes of separate elements on the process of cleaning of current of air from the dust of wood, are described.
Г, * ••
Рис. 6. Експериментальна установка для до^дження процеав сепараци пилу деревини в циклош
