CC BY
66
Техника
Fо=ат/R2, Fо=аmт/R2 - тепловой и диффузионный критерии Фурье; К=жR2/аm - диффузионный критерий Предводителева; Ко= гДи/СДТ - критерий Коссовича; Lu=аm/а - критерий Лыкова; £ - критерий фазового превращения.
Литература
Соловьев, И.Г. Непрерывные процессы вулканизации прорезиненных тканей с использованием активного гидродинамического режима / И.Г. Соловьев, Л.М. Боданкин. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1989. - 69 с.
Гвоздев, В.Д. Исследование некоторых процессов термообработки материалов в инертном псевдоожи-женном теплоносителе и их аппаратное оформление: автореф. дис. ... д-ра техн. наук / В.Д. Гвоздев. -М.: МИХМ, 1973. - 52 с.
Лыков, А.В. Теория сушки / А.В. Лыков. - М.: Энергия, 1968. - 500 с.
Лыков, А.В. Теория теплопроводности / А.В. Лыков. - М.: Высш. шк., 1967. -600 с.
Никитина, Л.М. Термодинамические параметры и коэффициенты массопереноса во влажных материалах / Л.М. Никитина. - М.: Энергия, 1968. - 500 с.
----------♦'-------------
УДК 631.362 Н.В. Цугленок, С.К. Манасян, Н.В. Демский,
Ю.А. Книга, А.В. Корепанов
ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СУШИЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Дано обоснование необходимости моделирования условий функционирования комплексов послеуборочной обработки зерна. Приведены основные параметры, определяющие условия их функционирования. Разработан алгоритм имитации условий функционирования комплексов послеуборочной обработки зерна.
На процесс сушки зерна в сушильных установках с.-х. назначения в режиме их нормального функционирования влияют многочисленные факторы. Некоторые из них являются общими для всех сушильных установок. Степень влияния одного и того же фактора на процесс сушки в зерносушилках разных типов различна. Функционирование зерносушилки сельскохозяйственного назначения можно рассматривать как реакцию на входные внешние возмущения и управляющие воздействия, то есть сушильную камеру можно представить в виде динамической системы с оператором А (рис. 1). Термин "сушильная камера" используется в несколько более широком смысле, к нему относятся и камеры нагрева (в случае использования предварительного подогрева зерна - надсушильный бункер), и камеры промежуточного охлаждения, т.е. сушилка без топки, охладительной камеры и вспомогательных устройств.
На входе системы А действуют следующие вектор-функции и вектора: вектор-функция внешних воздействий, не зависящих от средств технической оснащенности - технологий ПОЗ,
^={wl * (г), вгд (г), у у6 (г), к, <р. (г )уг, а,, N},
вектор-функция условий работы А с учетом взаимодействия с другими звеньями и использования различных технологических приемов и методов сушки
V = {кн, ПТ, К рец щ(г )А(г), П }.
Здесь вЧозд (г) и р (г) - температура и относительная влажность воздуха; Wiуб (г) и у?6 (г) -
влажность и засоренность зернового материала на входе в систему А (которые являются функциями соответствующих параметров поступающего с полей зернового материала и действия оператора первичной очистки); N - продолжительность уборки; Оі,і = 1, N - интенсивность поступления; Кс ,і = 1, N - коэффициент суточной неравномерности поступления; р - гранулометрический состав. С помощью вектора F задаются начальные условия в математической модели процесса сушки зерна, протекающего в данной системе А.
Вектор V определяет технологические приемы, используемые в системе: Пт задает технологическую схему сушилки: работа сушилки "на себя" (т.е. возврат материала на повторную сушку), последовательная сушка (т.е. в следующую сушильную камеру), использование рециркуляции части зернового материала, предварительного подогрева его, промежуточного охлаждения или отлежки, рециркуляции теплоносителя, разделение материала на партии по влажности перед сушкой (т.е. на входе в систему зерно имеет практически постоянную влажность), использование систем стабилизации температуры теплоносителя на входе в сушильную камеру (т.е. То= const). По - поступление в А зерна из БАВ, завальной ямы, автомобилей.
KH - коэффициент накопления зерна перед системой А, i = 1,N.
Крез - коэффициент рециркуляции (равен 0, если не используется данный метод сушки).
Вектор конструктивных параметров (постоянный)
Х констр ={nз, Ln, S, nT, xT },
где пз - число зон в системе; Ln, S - их длина (вдоль движения зерна) и площадь поперечного сечения; пт -тип слоя зернового материала в них; хт - зависит от типа сушилки: для шахтной - расстояние h между соседними рядами коробов; для барабанной - частота С вращения барабана; для конвейерной - толщина h слоя зернового материала.
Вектор-функция управляющих параметров и допустимых для варьирования значений конструктивных параметров
U = {Т0 (t, x), Д0 (t, x), V (t ),V (t, x)U констр }.
Здесь To(t,x) - температура теплоносителя (диапазон допустимого изменения достаточно широкий, он зависит от типа сушилки, зависимость от t нежелательна, в известных конструкциях она слабая зависимость от х, имеет большое значение для построения оптимальных режимов сушки, ее реализация зависит от типа сушилки: в барабанной принципиально невозможна, зато легко осуществляется в сушильной линии из нескольких барабанов, в шахтной требует небольшого конструктивного изменения подводящего диффузора, а в конвейерной возможна (путем открытия заслонки уменьшать То в средней и нижней секциях за счет окружающего воздуха), в сушилках с кипящим слоем не имеет смысла (здесь, так же, как в барабанной сушилке То = То(х), так как продувка не продольная, а вдоль х, однако, по t - Т (но не То) - уменьшается по мере нагрева зерна).
До(1х) - влагосодержание теплоносителя. В отличие от То изменяется в незначительном диапазоне, однако ее изменение по х имеет важное значение для обеспечения возможности использования высоких температур теплоносителя при сохранении качественных показателей зерна.
V - скорость движения зерна (для конвейерной сушилки - скорость транспортера, но в этом случае скорость движения зерна равна 0, и значение Vmp не играет роли в перемешивании зернового материала -
оно также равно 0 всюду на данном лотке и только при пересыпании из одного лотка на другой №0 и зависит от расстояния между ними). Она может быть изменена в большом диапазоне (в зависимости от типа сушилки), играет важную роль в процессе сушки - от нее зависит экспозиция сушки, однако ее изменение при определенных условиях может произвести дополнительный эффект, обусловленный разрыхлением слоя зернового материала.
V(x,t) - скорость теплоносителя. Изменяется в незначительном диапазоне, верхняя граница задается скоростью витания данного зерна, нижняя выбирается из экономических соображений, однако близка к верхней (за исключением сушилок со взвешенным состоянием зернового слоя наивысшей стадией псевдоожижения, в которых скорость теплоносителя больше скорости витания зерна, причем конечная скорость теплоносителя (на выходе из сушильной камеры этой зоны, т.к. такой тип слоя ввиду свободной самопроизвольной транспортировки зерна, малой экспозиции сушки - несколько секунд, и соответственно малым влаго-съемам, а также ввиду обеспечения качественного характера оптимального режима начальной стадии процесса сушки используют как первую зону в комбинированных многозонных сушилках), которая меньше начальной его скорости и должна быть на 30-50% больше скорости витания зерна.
Функциональная схема сушильной камеры зерносушилки с.-х. назначения
икопстр - параметры, зависящие от типа сушилки. Для барабанной сушилки - угол наклона барабана положительный (если наклон в сторону движения зерна) используется для зернового материала с малой скоростью витания, для обеспечения использования более высоких скоростей теплоносителя и невыноса зерна из сушильной камеры; отрицательный может использоваться при сушке высоковлажного зерна, имеющего большую скорость витания с целью интенсификации процесса сушки, увеличения степени раз-рыхленности слоя и обеспечения использования высоких температур теплоносителя. Для конвейерной сушки - толщина слоя, ее увеличение позволит увеличить производительность конвейерных сушилок, при использовании максимальных скоростей теплоносителя. Для шахтной сушилки - использование дифференцированных режимов по зонам.
В отличие от других параметров вектор-функции иконстр требует небольших изменений конструктивных параметров. Эти параметры иконстр отличаются от параметров вектора Хконстр, изменение которых приводит к новым конструкциям сушилок.
Выходная вектор-функция У определяет качество работы системы А:
У = К (I ).вь (I), РА,а, Пк, Э,, С,Т, Д V ,вш„ Т , ых, Д,„}.
Здесь WL, в[_ - влажность и температура зерна на выходе сушилки; РШа- вероятность сохранения
допуска на агротребования; Пк - качественные показатели зерна на выходе сушилки (различные показатели для зерна семенного, фуражного и продовольственного назначения); Эт - затраты топлива; Ээ - затраты электроэнергии (на транспортеры, нории, вентиляторы и т.п.); С - производительность сушилки (произведение влагосъема на пропускную способность); т - время пребывания зернового материала в сушильной камере; Д^ - равновесная влажность зернового материала; 6ШХ - максимальная температура влажного воздуха; Д вых - влагосодержание теплоносителя на выходе; Твых - температура теплоносителя на выходе.
Обозначим {У} - множество допустимых состояний вектора У. После идентификации оператора А имитации условий функционирования F для данных конструктивных особенностей системы иконстр можно поставить задачу построения рациональных режимов сушки и и обоснования состояния параметров логического вектора V1 е {V}, способствующих вместе с и\ значения которого ограничены рамками {и}, наилучшему из возможных приближений к экстремальному значению вектора У. При этом отклонения полученного значения У от экстремального эталонного значения У*, полученного исходя из агротехнических, техникоэкономических требований, будут стремиться к 0, ДУ — шт = 0.
То есть, необходимо найти
(и V / ) = а^шт \У (^ ,и V) - У ,и V )|.
ие{и }
Построенной модели функционирования сушильной камеры в виде динамической системы А в наибольшей степени отвечает математический оператор в виде матрицы передаточных функций по всем каналам "вход-выход" - F — У и и —— У. Однако нелинейность системы, распределенность ее параметров, наличие больших транспортных и технологических запаздываний делает такое описание сложной задачей и диктует необходимость построения оператора А в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений.
Литература
Манасян, С.К. Совершенствование процесса сушки зерна в зерносушилках сельскохозяйственного назначения: дис. ... канд. техн. наук / С.К. Манасян. - Л.-Пушкин, 1986.
Цугленок, Н.В. К разработке теории процесса тепломассопереноса при сушке зерна / Н.В. Цугленок, С.К. Манасян // Аграрная наука на рубеже веков: мат-лы регион. науч. конф. / Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2006. - С. 275-276.
----------♦'-------------
