CC BY
72
УДК 631.362 Н.В. Цугленок, С.К. Манасян,
Н.В. Демский, Н.Н. Конусов
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗЕРНОВОГО МАТЕРИАЛА
В статье дается обоснование методики определения теплофизических характеристик зернового слоя, основанной на использовании цилиндрического зонда нестационарного теплового потока.
По результатам проведенных исследований получены зависимости изменения коэффициентов теплоемкости, теплопроводности и температуропроводности для зерна пшеницы, овса и ячменя в плотном слое.
Известно, что коэффициенты тепло- и массообмена между теплоносителем и зерновым материалом зависят от различных факторов, параметров зерна и теплоносителя: влажности, температуры, плотности теплоемкости, а также от физико-механических (гранулометрический состав, средний размер, коэффициент формы, скважность, насыпная плотность) и теплофизических (теплоемкость, теплопроводность) характеристик зернового материала. Последние, которые имеют во много раз меньший диапазон изменения, также зависят от целого ряда параметров.
Нахождение средних значений позволит задать физические условия однозначности математической модели процесса сушки зерна.
Определение характера изменения коэффициента теплообмена а позволяет оценить в первом приближении значения модельных коэффициентов, которыми мы заменили коэффициент а [1].
Коэффициент а связан с теплофизическими характеристиками С, А, взаимодействующих компонентов (зерно, теплоноситель и фаз связующей компоненты (воды в состоянии жидкости и газа).
Рассмотрим методы определения теплофизических характеристик влажного зерна, т.е. представим данную трехкомпонентную систему двухфазной двухкомпонентной системой и для обратного перехода к ней используем критерии подобия - связь между критериями Нуссельта и Пекле (теплофизическими) с критерием Рейнольдса (теплотехническим). Причем критериальные уравнения имеют разный вид для различных типов слоев зернового материала. Таким образом, изучив зависимость теплофизических величин от W и 0, можем получить значения коэффициентов Кас, ^.
Для определения данных зависимостей известны различные экспериментальные методы: зондовые (стационарного и нестационарного теплового потока), бесконтактные (оптические) и др.
Нестационарные методы теплового зонда основаны на временной зависимости теплового процесса. Наиболее распространенными из них являются методы цилиндрического зонда. Они обладают рядом преимуществ: кратковременность и простота эксперимента и математического расчета, отсутствие необходимости предварительной подготовки образца для придания ему определенной формы и размеров, минимальное нарушение структуры материала при введении цилиндрического зонда, незначительный подогрев зонда и кратковременность теплового воздействия, минимальный перепад температур, позволяющий свести к минимуму перенос влаги, вызванный градиентом температуры (т.е. не наблюдается явление термодиффузии), а также простота конструктивной реализации.
Теоретической основой данного метода определения теплофизических коэффициентов зернового материала является решение уравнения теплопроводности при граничных условиях, зависящих от геометрической формы зонда. При использовании цилиндрического зонда получается дифференциальное уравнение теплопроводности для бесконечной среды (исследуемый материал), внутренне ограниченной полым круговым цилиндром из материалов с высокой теплопроводностью (металлический зонд).
Опыты проводили по следующей методике. Зерновой материал увлажняли в специально приготовленных полиэтиленовых мешках в течение трех суток, перемешивание производили два раза в сутки. По каждой культуре (пшеница, рожь, овес, ячмень) приготовили по одиннадцать образцов с влажностью от 10 до 35%. Определяли вес абсолютно сухого образца.
Техника
Приготовление образцов различной температуры производили следующим образом. Образцы с различной влажностью нагревали в сушильном шкафу. При этом, во избежание потери влажности, мешки запаивали. Образцы нагревали до 60°С с интервалом 5°С. Контроль их температуры производили ртутным термометром одновременно с замерами С , А, а.
В начале опыта (при t =0) избыточная температура зонда равна нулю (т.е. НУ нулевые). Зададим ГУ. Источник тепла постоянной мощности q расположен вдоль внутренней образующей цилиндра. На границе "зонд-исследуемая среда" имеет место контактное термическое сопротивление.
В результате решения уравнения теплопроводности
дО
cp------= divil • gradO) = Q (1)
dt
с перечисленными условиями однозначности получено выражение для определения коэффициента теплопроводности:
л=[/.(t2) - /,(t,)] • q —1—, (2)
1 12 t1
где l - длина рабочей части зонда;
q - мощность источника подогрева зонда; fi(t) - температура зонда.
Сняв экспериментальную зависимость нагрева зонда в зерновом материале 0нагр = fi(t) по формуле (2) можно определить А.
Используя зависимость а =А/(ср), и сняв кривую охлаждения зонда 0охл = fi(t), можно определить коэффициенты температуропроводности и теплоемкости зернового материала по аналогичным формулам.
Установка состоит из прибора ИТХЗП для определения теплопроводности сыпучих материалов. В качестве теплового зонда он содержит полупроводниковый цилиндрический зонд. Время теплового воздействия 4-5 мин, чувствительность прибора по температуре 1°С. Измерительный блок объединяет стабилизированные источники мостовой измерительной системы и подогревной обмотки зонда. Кроме того, в состав прибора входят измерительная схема и усилитель.
и температуры зерна в для 1 - пшеницы, 2 - овса
Рабочая формула для расчета коэффициента теплопроводности, полученная в результате решения указанного выше дифференциального уравнения теплопроводности, с учетом уравнения измерительного блока прибора, имеет вид:
Л = — ■ ^-А/ • 1п&, (3)
Аи 1
где К - постоянная установки; i - ток подогрева зонда; Аи - разность напряжений, соответствующих концу и началу прямолинейного участка кривой нагрева зонда.
На рисунке приведены зависимости коэффициента А от W и 0 для зерновых культур. Полученные функции А^,0) аппроксимировали многочленами вида
А=к1+к2 ■ W ■ в.
Использование критериальных уравнений
Ыы = 0.075 Яе, Ыы = 0.1 Яе0-7, Ыы = 0.65 Яе0-5 соответственно для плотного, рыхлого и псевдоожиженного слоя позволяет получить искомые функции и
оценить в первом приближении значения модельных коэффициентов Кас, ^ .
Литература
1. Манасян, С.К. Совершенствование процесса сушки зерна в зерносушилках сельскохозяйственного назначения: дис. ... канд. техн. наук / С.К. Манасян. - Л.- Пушкин, 1986.
-----------♦'------------
УДК 631.158:658.53:631.51 Н.И. Овчинникова, В.Д. Коваливнич
ПРОЦЕССНЫЙ ПОДХОД К НОРМИРОВАНИЮ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ПОЛЕВЫХ РАБОТ
В статье предложено использование процессного подхода к нормированию механизированных полевых работ. Авторами создана процессная модель указанного нормирования, на входе которой рассматриваются нормообразующие факторы. Управляют процессом методы нормирования механизированных полевых работ: расчетно-аналитический и экспериментально-аналитический; технологии; правила производства; организация работ; социально-экономический и человеческий факторы. Механизмами процесса являются машинно-тракторные агрегаты и машина. На выходе получены научно обоснованные нормы механизированных полевых работ в виде типовых норм, справочников.
На современном этапе развития сельского хозяйства очень важно применять разработанные и усовершенствованные методы нормирования труда. Научно обоснованная нормативная база, созданная с учетом природно-производственных особенностей различных сельскохозяйственных зон, должна учитывать экономичный расход топлива, высокую производительность, оптимальную оплату труда и эффективное использование сельскохозяйственной техники при соблюдении агротехнических требований.
Нормирование механизированных полевых работ можно представить сложным процессом. Процесс -это последовательность действий, направленных на получение заданного результата [4]. У любого процесса есть границы, определяемые начальной стадией (вход) и конечной (выход). Часто вход процесса рассматривают как ресурсы: поставляемые материалы и необходимая информация. Выходом являются результаты преобразования - готовый продукт, ценность и стоимость которого определит спрос на него потребителя.
Рассмотрим процессную модель нормирования механизированных полевых работ (рис. 1). На входе нормирования механизированных полевых работ рассматриваются нормообразующие факторы. Управляют процессом методы нормирования механизированных полевых работ: расчетно-аналитический и экспериментально-аналитический, где используются предварительно установленные нормы, новые наблюдения, замеры, хронометраж, фотография рабочего дня; технологии, правила производства, организация работ; социально-экономический и человеческий факторы. Механизмами процесса являются машинно-тракторные агрегаты и машина. На выходе мы получаем научно обоснованные нормы механизированных полевых работ в виде типовых норм, справочников.
Следует отметить, что в классификации основных нормообразующих факторов, влияющих на механизированные полевые работы, человеческий фактор не учитывается [1]. Рассматривается лишь культурнотехнический уровень, квалификация рабочего, производственный опыт.
Под человеческим фактором подразумеваются индивидуальные физиологические, психологические и моральные качества механизатора. В процессе развития производства существенно изменяются условия, характер и содержание труда человека. Человек освобождается от однообразных и трудоемких ручных операций. Быстрый рост энергетических, скоростных и других параметров техники приводит к появлению факторов, негативно влияющих на организм человека.
