Движение вязкопластичных масс при циклическом пневмотранспортировании Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

- 2. Разработанная на основе метода объединения

явлений переноса и продольного перемешивания математическая модель экстракции веществ из твердых пористых материалов адекватна и позволяет расширить комплекс факторов, учитываемых при расчете процесса.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аксельруд Г. А. Теория диффузионного извлечения веществ из пористых тел//ЖФХ.— 1959.— 33.— № 10,— С. 2316—2324.

2. Аксельруд Г. А., Альтшулер М. А. Введение в капиллярно-химическую технологию.— М.: Химия, 1983.— 264 с.

3. Г а л ь п е р и н Н. И., Пебалк В. Л., Коста-

н я н А. Е. Структура потоков и эффективность колонных аппаратов химической промышленности.— М.: Химия, 1977,—264 с.

4. Фельдман А. И., Зоткина Л. В., Цыганков С. П., Лысянский В. М. Влияние продольного перемешивания на эффективность процесса экстракции сахара из свеклы//Межвед. науч.-техн. сб. Пищ. пром-сть.— 1984.— Вып. 30.— С. 20.

5. Лысянский В. М. Процесс экстракции сахара из свеклы. Теория и расчет.— М.: Пиш. пром-сть, 1973,— 225 с.

6. Рудобашта С. П. Массоперенос в системах с твердой фазой.— М.: Химия, 1980.— 248 с.

Кафедра химического, полимерного

и силикатного машиностроения Поступила 29.03.89

621.867.8.001.2:664

ДВИЖЕНИЕ ВЯЗКОПЛАСТИЧНЫХ МАСС ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ ПНЕВМОТРАНСПОРТИРОВАНИИ

В. А. ДУБОВИК, А. Ю. ОБОЛЕНСКИЙ, С. Д. БЕСЕДА

Киевский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности

Проблема математического моделирования работы пневмотранспортных систем чрезвычайно актуальна. Это связано с тем, что пневмотранспорт, обладая рядом преимуществ перед другими видами транспорта, в настоящее время находит широкое практическое применение [1, 2].

Определение параметров движения вязкопластичных масс при циклическом пневмотранспортировании, а именно: необходимого перепада давления, скорости и ускорения перемещения массы осуществляется в основном по упрощенным методикам, пригодным для установившегося движения. Так, для определения давления используются следующие способы расчета:

1) по известным потерям на единицу длины трубопровода [3]

(1)

где

,32Л °ср

ар =а„

16 То

У7 ’

где г) — динамический коэффициент вязкости, Па-с; й — диаметр трубопровода, м; то — предельное напряжение сдвига, Па;

Ь — приведенная длина транспортирования, м;

3) по составляющим потерь давления с учетом реодинамических свойств перемещаемой массы и коэффициентов местных сопротивлений, определяе-

мых по числу Рейнольдса для неньютоновских жидкостей [4]

АР = + АР/ + АРМ + А Рин + АР п

(3)

к — коэффициент запаса, изменяющийся в пределах от 1,1 до 1,9;

Р/ — потери давления на единицу длины прямой трубы, определяемые экспериментально для каждого вида сырья, Па/м;

I — длина трубопровода; р, к — соответственно плотность массы и высота подъема;

2) по уравнению гидродинамического уклона / для структурной жидкости по средней скорости иср потока [4, 5].

(2)

где рцк — потери давления, необходимые для преодоления высоты нагнетения к;

\Р/ — потери давления по длине трубопровода;

АРм — потери давления в местных сопротивлениях;

АРин — инерционные потери давления;

А Рп — противодавление;

РК — давление, необходимое для создания кинетической энергии потока;

Роб — потери давления, возникающие за счет сжатия перемещаемой массы.

Отсутствие учета реологических свойств перемещаемых масс по скорости перемещения (1) для первого способа и использование средних значений скорости потока для второго и третьего способов, а также допущение об установившемся течении масс не обеспечивает определение параметров перемещения с необходимой точностью.

Рассмотрим задачу расчета движения вязкопластичного материала, обладающего адгезионными свойствами при циклическом пневмотранспортировании. При ряде естественных допущений (приведены ниже) процесс циклического пневмотранспортирования может быть описан системой дифференциальных уравнений в частных производных и обыкновенных дифференциальных уравнений.

Пусть по горизонтальному трубопроводу движется некоторая вязкопластичная грубодисперсная масса. Она перемещается под действием сжатого воздуха, подаваемого на входе трубопровода. На выходе в условиях окружающей среды масса разгружается в специальное устройство.

Предположим, что длина трубопровода намного больше длины движущейся массы и, следуя [6], рассмотрим эту массу как материальную точку, а само движение считаем поршневым, т. е. таким,

а отсутствует переток газа через транспортный материал. Считаем также, что трубопро-)аботает в изотермическом режиме, метим, что поток, подобный рассматриваемо-;огда движущиеся фазы не состоят из одного эго же химического вещества, называется разным [7]. В двухфазной системе обяза-ю наличие поверхности раздела фаз, на >ой свойства потока при определенных ско-IX могут меняться мгновенно, т. е. при не->ых условиях на поверхности раздела фаз зжно скачкообразное изменение скорости и ;ния. Поэтому при исследовании двухфазных ий необходимо не только учитывать движе-каждой фазы, но и поверхностные условия анице раздела фаз.

пускаем также, что все динамические и тер-гамические величины газового потока являют-/нкциями двух переменных — одной координа-времени. Это значит, что скорость, давление, ость и температура газа усредняются по ию трубы, перпендикулярному к ее оси. Та-ютоки называются одномерными и использу-для описания течений жидкости и газа по м [8].

хмотрим течение газа по трубопроводу от орого начального сечения и до ближайшей жной границы транспортируемой массы. В этой ти течение газа описывается известными еренциальными уравнениями газовой дина-19] . Для случая неустановившегося движе-:жимаемой среды в длинных горизонтальных проводах со скоростями, значительно мень-звуковых, эти уравнения имеют вид:

движения транспортируемой массы и условие, при котором отсутствует переток газа через массу.

Уравнение движения массы следует из второго закона Ньютона:

ту — Р {у)\ 5 — Цу, х, а, А1

(8)

где т — масса транспортируемого материала;

У ~у{У, У — соответственно закон движения, скорость и ускорение движущейся массы;

Р+ и Р~ — давления непосредственно перед и за подвижной границей; f — суммарная сила сопротивления движению, которая определяется экспериментально и зависит от скорости движения, коэффициента механического трения и реологических параметров материала [10].

Чтобы написать условия, при которых отсутствуют переток газа, заметим, что на границе раздела фаз скорость, плотность и расход газа связаны соотношениями:

Р +У =С}^\ 9~У = <?'

Отсюда следует, что

■ С'н',<2

У — А: + —

:: р

или, учитывая (6),

ф д(ри>) _

Ш дх - '

д(ры!

Ор ___ , О)

дГ ' дх ~ _Ар Ш

(4)

(5)

р и т — средние в сечении давление, плотность и скорость газа; х и t — продольная вдоль оси трубы координата и время;

(И и к — диаметр трубы и коэффициент гидравлического сопротивления.

тличие от задач установившегося движения, дихся к обыкновенным дифференциальным ^ниям, в данном случае мы приходим к не--1ым дифференциальным уравнениям в част-роизводных, причем уравнение (4) следует кона сохранения массы, а (5) — из закона ^ств движения.

гывая, что расход и давление газа в рас-1ваемом случае удовлетворяют соотношени-

ем = адр, Р

= р с*

(6)

— адиабатическая скорость звука в газе, У (4)—(6) можно представить в виде

дР

дt

= О,

дх

(7)

д<2

дt

дР дх '

Хс-С}2

ЫР

рь необходимо учесть явления, происходя-з поверхности раздела фаз. Ими будет закон

Г9>

сI р+ р~ ■ (У;

Краевые условия в начальном и конечном сечениях при х =0 и х=1, где — длина трубопровода. для уравнений (4) запишутся в виде

<2(0. О = <?(Р); Р{Ц о = Ро.

(10)

(П)

Условие (10) устанавливает зависимость между расходом и давлением газа на выходе рессивера и определяется его конструкцией, а (11) служит условием того, что давление на выходе трубопровода равно атмосферному давлению Ро.

Начальные условия можно записать в виде равенств

(^(х, 0) = 0; Р(х, 0) = Ро

(12)

которые показывают, что в начальный момент времени газ в трубопроводе покоился.

Итак, процесс движения вязкопластичной грубодисперсной массы в случае циклического пневмотранспортирования при указанных допущениях математически формализуется системой уравнений (7) — (12) относительно неизвестных функций Р = = Р(х, /), <2 = С}(х, {) и у = у({). Решение этой системы реализуется на ЭВМ и позволяет находить все основные характеристики пневмотрубопровода: давление и расход газа в каждом сечении трубопровода и их изменение во времени, перепад давления на концах транспортируемой массы, закон, скорость и ускорение движения материала и их изменение во времени.

Результаты работы могут быть использованы при проектировании циклических пневмотранспорт-ных установок.

ЛИТЕРАТУРА

1. Смол ды рев А. Е. Трубопроводный транспорт.— М.: Недра, 1980.— 293 с.

2. Трубопроводный транспорт в странах мира.— М.: ВЙИНТИ, 1988,— 108 с.

3. Калинушкин М. П. Пневмотранспортное оборудование.— Л.: Машиностроение, 1986.— 285 с.

4. Л и х а ч е в Ф. С. Пневматическая транспортировка полужидких кормов.— М.: Машиностроение, 1967.

5. Ким А. X. Некоторые вопросы реологии вязкопластичных дисперсных систем.— Минск, 1960.

6. Горбатов А., Антонов Л. Пневмотранспортировка продуктов первичной переработки скота // Мясная индустрия.— 1976.— № 8.— С. 22—24.

7. Л у р ь е М. В., Г о л ь д з б е р г В. Л. Расчет гидродинамических процессов движения // Известия

АН СССР. Энергетика и транспорт.— 1971.— № 4,-С. 99—104.

8. У оли с Г. Б. Одномерные двухфазные течения.-М.: Мир, 1972,— 440 с.

9. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа,-М.: Наука, 1987,— 840 с.

10. Чарный И. А. Основы газовой динамики.— М Гостехиздат, 1961.— 201 с.

11. Чиквашвили Б. М., Музаев И. Д. Движени нелинейно вязкопластичных гидросмесей в напорны трубах // Сообщения АН ГССР.— 1988.— № 3,-С. 577—581.

Кафедра машин и аппаратов

пищевых производств Поступила 24.04.Е

664.952.047.35

ВЛИЯНИЕ ЭМП СВЧ НА СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЫБНОГО ФАРША

Г. В. МАСЛОВА, Ю. В. КЛОКОВ, Е. В. ИВАНОВА

Ленинградский институт советской торговли им. Ф. Энгельса Ленинградский государственный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт

по развитию и эксплуатации флота

Структурно-механические характеристики СМХ рыбного фарша при теплоподводе (водой, паром) исследовались [1]. Высокоэффективные способы получения пищевых продуктов, включающие нагрев в электромагнитном поле сверхвысоких частот ЭМП СВЧ, определяют необходимость выявления влияния энергоносителя на СМХ рыбного фарша, одним из основных показателей которых является напряжение (усилие) среза Рср, кг.

Для опытов брали фарш (несоленый и с добавлением соли №С1 в соответствии с технологическими требованиями) из характерных и распространенных видов «тощей» рыбы — хека и «жирной» — скумбрии, который нагревали в воде (Т = = 369 К, т =25 мин) и в ЭМП СВЧ ^ = 2,4-1(Г Гц, Ро =2,5 кВт, т =2,5 мин).

Изменение Рср рыбного фарша определяли на приборе конструкции ВНИКИМП, принцип действия которого и методика определения описаны [2].

На рисунке показаны сравнительные результаты изменения Рср фарша из обоих видов рыб («тощая» — 1, 2\ «жирная» — 1', 2') при нагреве в воде (кривые 1, Г) с различной концентрацией соли и ЭМП СВЧ (кривые 2, 2').

Введение соли в фарш для обоих методов термообработки увеличивает его вязкость, что приводит к возрастанию Рср и соответствует данным [3] об упрочении структуры более соленого продукта при любом нагреве.

Термообработка фарша в ЭМП СВЧ приводит к значительному увеличению Рср, что можно объяснить следующим: фарш из рыбы, содержащий влагу с растворенными солями, согласно классификации П. А. Ребиндера, является коагуляционной структурой, а при нагреве в ЭМП СВЧ представляет собой белково-электролитную систему, поэтому при обработке фарша в ЭМП СВЧ происходит его электрокоагуляция, что приводит к упрочению структуры за счет агрегирования частиц. Под действием электрического поля про-

исходит взаимодействие поляризованных молеку белка продукта за счет сил дипольного притяж< ния и образуются микроагрегаты. При неодноро: ном электрическом поле происходит дополнител] ное концентрирование частиц белка за счет эффе! та диполофореза [4]. Минимальная концентраци соли 1,1%, необходимая для готового продукт; приводит при энергоподводе к резкому возраст; нию Рср фарша, представляющего, как указыв; лось, белково-электролитную систему в ЭМП СВ1 а дальнейшее увеличение концентрации соли ув< личивает только ионную проводимость, влияющу в основном на величину тока, протекающего чер< продукт, что не изменяет практически Электр! коагуляционную прочность продукта.