Неразрывность потока птичьего помёта при его дозировании Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Литература

1. Молоток пластинчатый для кормодробилки (RU 2379109) / Н.Т. Кривочуров. [Электронный ресурс]. FindPatent. ru — патентный поиск // URL:// http://www.findpatent.ru/ patent/237/2379109.html.

2. Петров А.А. Повышение надёжности рабочих органов кормодробилок молоткового типа: дисс. ... канд. техн. наук. Оренбург, 2007. 153 с.

3. Молоток молотковой дробилки / М.И. Филатов, М.И. Ба-бьева, А.А. Петров. Р.Ф. Патент на изобретение № 2270058. Опубликовано: 20.02.2006. Бюллетень № 5. С. 2.

4. Ялпачик Ф.Е. Влияние износа молотков кормодробилки на передачу ударов их осям подвеса // Механизация и электрификация сельского хозяйства. Киев, 1989. Вып. 69. С. 45-50.

5. Баранов Ю.Н. Определение взаимосвязи основных параметров молотковой дробилки с показателями её работы // Механизация подготовки кормов в животноводстве. Воронеж, 1984. С. 58-69.

6. Золотова А.А. Динамические исследования молотковых кормодробилок: дисс. . канд. техн. наук. М., 1968. 167 с.

Неразрывность потока птичьего помёта при его дозировании

А.М. Плаксин, д.т.н, профессор, С.М. Запевалов, аспирант, ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ

При возделывании сельскохозяйственных культур с целью повышения их урожайности широко практикуется применение удобрений. По своей природной сущности растениями лучше усваиваются питательные вещества органических удобрений, при этом результаты целого ряда научных исследований свидетельствуют, что во всех почвенно-климатических зонах России совместное применение органических и минеральных удобрений даёт более высокий положительный результат, чем их одностороннее применение [1]. Это подвигло учёных на проведение исследований по разработке органоминеральных удобрений [2]. Эффективность применения такого удобрения оценивается возможностью как его приготовления, так и рационального внесения в почву. Основным и наиболее прогрессивным принципом организации технологического процесса приготовления орга-номинерального удобрения является поточность производственного процесса с применением гибких технологий, предусматривающих возможность быстрого изменения свойств получаемых удобрений. При приготовлении органоминерального удобрения в качестве основного компонента целесообразно применение отходов птицеводства — птичьего помёта [3].

Производимое удобрение должно быть сбалансированным по питательности. Процесс дозирования компонентов при приготовлении органо-

минеральной смеси при производстве удобрения состоит из пяти технологических операций (рис. 1).

В связи с тем что процесс смешивания птичьего помёта с минеральными компонентами осуществляется смесителем непрерывного действия, и процесс дозирования должен быть непрерывным [4].

Цель исследования заключается в создании математической модели потока птичьего помёта при его дозировании, которая в дальнейшем используется при проектировании технологического процесса дозирования помёта при приготовлении органоминерального удобрения.

Методы исследований. Для вывода уравнения неразрывности потока выделим в нём элементарный параллелепипед с рёбрами, параллельными осям координат (рис. 2).

Известно, что массовый расход помёта определяется уравнением:

М = ри-5, (1)

где р — плотность помёта, кг/м3;

и — скорость движения потока, м/с; 8 — площадь сечения потока, м2.

Если составляющая скорости потока вдоль оси X на грани АВСD составляет их, то массовый расход птичьего помёта, проходящего через эту грань за время <И, составляет:

Мх = ри (2)

На грани А!, В!, С!, Б\ плотность и скорость движения помёта могут отличаться от соответствующих значений на величину (дих / дx)dx и

Рис. 1 - Структурная схема дозирования компонентов органоминерального удобрения:

№ 1 - загрузка бункера дозирующей станции птичьим помётом; № 2 - дозирование птичьего помёта; № 3 - загрузка бункера дозирующей станции минеральными компонентами; № 4 - дозирование минеральных компонентов; № 5 - подача помёта и минеральных компонентов на смешивание; ПП - птичий помёт; МК - минеральные компоненты

Рис. 2 - Параллелепипед с рёбрами, параллельными осям координат

(Эр / дх)^. Т.е. за время <И массовый расход помёта через эту грань составит:

д(Ри х )

Мх+ Ох =

Ри х +-

дх

-Ох

сусЬсИ.

(3)

При этом приращение массового расхода помёта будет равно:

т х = Мх - Мх+сЬ

д(Ри х ) дх

СхСу&Л. (4)

Аналогично уравнению (4) приращение массового расхода помёта по осям У и Z составит:

М = МУ - МУ+с1у

ёМг = Мг - Мг+<&

д(ри у)

ду д(ри ; )

дг

dxdydzdt, (5) (6)

СМ =-

д(ри х) + дСрЦу) + д(ри г)

dxdydzdt. (7)

СМ = — dxdydzdt.

(8)

др + д(рих) , д(ри дt дх дх дг

Для обеспечения равномерного дозирования помёта целесообразно шнековый питатель выполнить в форме усечённого конуса (рис. 3). Выделим на конусе сечение в верхней, средней и нижней его части. Уменьшение площади поперечного сечения способствует пропорциональному увеличению плотности помёта. В связи с тем что площадь каждого из указанных сечений переменная, для установившегося движения помёта по оси х интегрирование уравнения (9) даёт постоянство массового расхода:

ри 5 = const.

(10)

Общее приращение массового расхода птичьего помёта в рассматриваемом параллелепипеде за время <И, согласно уравнениям (4, 5 и 6), составляет сумму приращений по осям XУZ:

Рис. 3 - К выводу уравнения постоянства массового расхода помёта

В связи с этим для сечений 1—3 (рис. 3) это постоянство можно представить как:

р1и151 =р2и2 52 =р3и3 53. (11)

Т.е. массовый расход птичьего помёта, проходящего через каждое из сечений питателя, одинаковый:

М1 = М 2 = М3, (12)

где М1, М2, М3 — массовый расход птичьего помёта, проходящего соответственно через 1, 2 и 3 сечение питателя.

Изменение плотности дозируемого помёта от площади сечения потока при неизменном массовом расходе и скорости движения потока птичьего помёта в конусном шнековом питателе представлено на рисунке 4.

дх ду дг

Изменение массового расхода по входу и выходу помёта в процессе его дозирования возможно только за счёт его уплотнения, т.е. в результате изменения плотности за время <?:

Результаты исследования. С учётом уравнений (7) и (8) получим дифференциальное уравнение неразрывности потока птичьего помёта при его дозировании:

Рис. 4 - Изменение плотности дозируемого помёта от площади сечения потока:

р - плотность помёта, кг/м3; М - массовый расход, кг/с; и - скорость потока, м/с

На графике видно, что с уменьшением площади сечения потока помёта в конусном питателе от 0,016 до 0,014 м2 плотность увеличивается от 550 до 640 кг/м3, при этом скорость и массовый расход остаются постоянными: и = 0,15 м/с и М=1,4 кг/с.

Вывод. В результате исследований получено дифференциальное уравнение неразрывности потока птичьего помёта при его дозировании, свидетельствующее о том, что в процессе дозирования птичьего помёта при изменении площади поперечного сечения питателя происходит пропорциональное изменение его плотности, следовательно, при неизменной скорости движения массовый расход остаётся постоянным. При неизменных

конструктивно-технологических параметрах дозатора его производительность можно регулировать путём изменения скорости потока помёта.

Литература

1. Способы внесения удобрений: сб. науч. тр. ВАСХНИЛ / под ред. В.С. Бугаевой. М.: Колос, 1976.

2. Запевалов М.В. Технология приготовления органомине-рального удобрения на основе птичьего помёта (статья) // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2011. № 5. С. 84-90.

3. Запевалов М.В. Критерий эффективности применения органоминеральных удобрений (статья) // Тракторы и сельхозмашины. 2010. № 6. С. 35-37.

4. Запевалов М.В., Запевалов С.М., Глемба К. К вопросу дозирования птичьего помёта в составе органоминеральных компонентов // Общественная научная организация «Наука и хозяйство». 2014. № 2. С. 13-19.

Вычисление изменений температурных режимов в простейших ёмкостных охладителях молока на малых фермах

В.И. Квашенников, д.т.н, профессор, В.А. Шахов, д.т.н., профессор, А.П. Козловцев, к.т.н., А.А. Панин, к.т.н., А.А. Петров, к.т.н., Г.С. Коровин, аспирант, М.И. Попова,

аспирантка, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ

Сохранение полезных свойств молока, соблюдение нормативов по кислотности, количеству бактерий — важные задачи для животноводческих предприятий, решить которые возможно за счёт своевременного и качественного охлаждения. Для этих целей промышленность выпускает большое количество дорогостоящего холодильного оборудования, приобрести которое имеют возможность в основном только средние и крупные хозяйства [1].

По данным статистики, в 2014 г. более 50% молока произведено в личных подсобных и крестьянско-фермерских хозяйствах с поголовьем 1—50 гол. дойного стада. Для этих хозяйств на российском рынке практически отсутствует промышленное оборудование для охлаждения молока. Такое положение вынуждает мини-фермы с небольшим поголовьем применять для охлаждения молока простейшее оборудование — фляги, ёмкости и вёдра, которые помещают в ванны с проточной водой, бассейны со льдом, на открытые площадки в холодный период года. Положительной стороной использования естественного холода является экономия электроэнергии [2—4]. Но при таком способе охлаждения молока, как правило, есть серьёзный недостаток — отсутствие возможности определения режимов охлаждения (температура, время, скорость охлаждения). К сожалению, в литературе отсутствуют рекомендации и методики расчёта процессов охлаждения простейшими способами с использованием естественного холода. В связи с этим мы предложили исправить этот недостаток, разработав программу для вычисления

изменения температурных режимов в рассматриваемых системах охлаждения [5, 6], что стало целью исследования.

Методы исследования. При составлении программы руководствовались методами классической механики, гидравлики, гидро- и ледотермики, математического и компьютерного моделирования. Результаты исследований обрабатывали в соответствии с общепринятыми методиками планирования многофакторного эксперимента с использованием программных продуктов Microsoft Excel, Math CAD 10, Statistica 10.

Результаты исследования. Исходя из законов тепломассообменных процессов логично предположить, что при размещении ёмкостей с охлаждаемыми продуктами в ограниченной охлаждающей среде температура продуктов будет уменьшаться, а температура среды увеличиваться. Этот процесс будет длиться до тех пор, пока температура всех продуктов и температура охлаждающей среды не уравняются, остановившись на какой-то общей, единой для всех, величине. Назовём эту температура равновесной.

При ограниченных массах хладоносителя и охлаждаемых продуктов в процессе теплообмена температура хладоносителя повышается, а продуктов уменьшается. Этот процесс идёт непрерывно до тех пор, пока не установится равновесная температура. При графическом изображении процесса температуры охлаждаемых продуктов и нагреваемой воды по экспоненциальной кривой стремятся к равновесному значению Тр (рис. 1) [7].

Наглядное представление характера изменения температуры охлаждаемого продукта и хладоносите-ля даёт графическое изображение процесса. Однако для построения графиков изменения температуры требуется очень большой объём вычислительных