CC BY
67
ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ
УДК 631.365.32 Л.О. Онхонова, СД. Гомбожапов
О МЕТОДИКЕ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМ ЕТРОВ УНИВЕРСАЛЬНЫХ АЭРОЖЕЛОБОВ
В статье рассматривается вариант трехканальной конструкции аэрожелоба, предназначенного для проведения процессов активного вентилирования и пневмовыгрузки. Приводится методика расчета основных параметров аэрожелоба.
Ключевые слова: аэрожелоб, активное вентилирование, зерновой ворох.
L.O. Onkhonova, S.D. Gombozhapov ABOUT THE METHODOLOGY FOR CALCULATION OF THE UNIVERSAL AIRSLIDE BASIC PARAMETERS
The variant of the three-channel design of the airslide intended for carrying out the active aeration and pneumo-unloading processes is considered in the article. The methodology for the calculation of theairslide basic parameters is given.
Key words: airslide, active aeration, grain pile.
Введение. В период массового поступления зерна наибольшую актуальность приобретает обеспечение сохранности качества свежеубранного урожая как на стадиях временного хранения, так и окончательной закладки на длительное хранение. Наиболее целесообразным и экономическим выгодным является использование универсальных трехканальных аэрожелобов, способных в комплексе осуществлять операции сушки, активного вентилирования и пневматической выгрузки зерна. Аэрожелоба представляют собой систему воздухораспределительных коробов различной длины, снабженных перфорированными решетками. Принцип работы аэрожелобов заключается в подведении воздушного потока под напором в воздухораспределительные короба. Во время временного хранения зернового материала в промежутках до направления в сушильное отделение, как обычно, в качестве воздушного потока использовался ночной холодный при активном вентилировании и подогретый в калориферах горячий воздух при сушке. Несмотря на эффективность обработки, использование такого вида энергии сопровождается значительными экономическими затратами. Во многих странах уже имеются целые государственные программы альтернативных источников производства энергии. В работе [1] сделана попытка получения энергии для сушки зерна гелиосушилкой, разработана лабораторная установка, проведены эксперименты и доказана работоспособность установки.
Цель исследований. Выявление условий функционирования и работоспособности универсальных аэрожелобов в режимах сушки и пневматической разгрузки в условиях подачи агента, разогретого солнечными лучами. В работе основное внимание уделено режиму пневморазгрузки, наиболее энергоемкому по сравнению с другими операциями (сушкой, активным вентилированием).
Задача исследований. Изучение методики расчета основных параметров универсальных аэрожелобов, способных осуществлять вышеназванные режимы.
Результаты исследований и их обсуждение. В аэрожелобах при создании условий, когда скорость потока воздуха Vв становится выше VKp, зерно приобретает свойство псевдоожиженного состояния и перемещается подобно реальной жидкости [2] вдоль оси транспортирующего канала. Многими исследователями предпринимались попытки математически моделировать характер движения зерна в таком состоянии. Однако очень сложно, а в большинстве случаев невозможно, пользоваться системой дифференциальных уравнений, описывающих движение реальной жидкости, тем более движение зернового потока.
На практике многими исследователями для разработки методики расчетов подобных случаев приходится пользоваться уравнением Бернулли. В нашем случае для определения потерь напора, скоростей, рас-
Технические науки
ходов и времени истечения псевдоожиженного зернового слоя также воспользуемся уравнением Бернулли для реальных жидкостей с рядом допущений.
В универсальных аэрожелобах перемещение зерна идет как в открытом сосуде с боковым истечением, в котором высота перемещаемого зернового слоя имеет переменный равноубывающий по времени уровень (рис.). Примем перемещение зерна как ламинарное, без скачков и перепадов, движение, считающееся установившимся.
Уравнение Бернулли имеет силу и для вертикального, и для горизонтального истечения из сосудов [2].
1
1
í
Zi Hi H
H2
So
2 Z2
dH
///////// /////////////////////////////////
Схема истечения зернового потока под воздействием воздушных струй
Выбрав плоскость сравнения О-О параллельной днищу сосуда, напишем уравнение Бернулли для сечения 1-1, соответствующего верхнему уровню зернового слоя в канале, и сечения 2-2, плоскость которого проходит через самое узкое сечение вытекающей струи:
/ ,2 ш2
Р, óof Р2
pg 2 g pg 2 g
где Zi и Z2 - соответственно нивелирная высота (геометрический напор), которая представляет собой удельную потенциальную энергию положения в данной точке (данном сечении);
Р Р
и - статический или пьезометрический напор, характеризует удельную потенциальную энергию давления в данной точке (данном сечении);
7 7
fflí 4)
— и — - скоростной, или динамический напор, характеризует удельную кинетическую энергию в
2Q
данной точке (данном сечении).
Согласно уравнению Бернулли, гидродинамический напор не меняется при переходе от поперечного сечения 1-1 к сечению 2-2.
Движение зерна по транспортирующему каналу идет согласно открытому каналу, в связи с чем давление в двух сечениях одинаково, т.е. Pi=P2. Давление Pi=P2=AP = рд^тр,
или Р1-Р2 / рд = АР/ рд= птр.
При подстановке АР = pg-Ьтр в уравнение Пуазейля для ламинарного движения Q=nd4 АР/128 ¡jl, заменяя расход Q произведением средней скорости потока ы на площадь поперечного сечения отверстия nd2/4, получим:
ш nd2/4= nd4 pgh„p/128 jl.
Проведя некоторые вычисления, упрощаем уравнение, при котором:
hmp = 64/ReM ш2/2д.
Принято считать ш2/2д = hcK скоростным напором, а 64/Re - коэффициентом гидравлического трения, или коэффициентом трения, и обозначают в литературе через Л.
Таким образом: АРтр= Л^ l/d р ш2/2.
Примем, что при постоянно убывающем уровне зернового слоя скорость в поперечном сечении 2-2 больше, чем в сечении 1-1, Ш2>Ш1. Поэтому скорость зерна будем определять для сечения 2-2.
Вследствие небольшого расстояния от плоскости отверстия в стенке канала до плоскости самого узкого сечения струи примем:
2
Z-Zг« Н.
Отсюда Ш22/2д = Н. Следовательно, ш 2 =
Поэтому скорость движения зернового слоя запишется как:
ш 2 = р 42 дН,
где ф - поправочный коэффициент, или коэффициент скорости, которым учитываются потери напора при истечении через отверстие.
Вследствие того, что площадь поперечного сечения струи Sо в отверстии больше площади ее самого узкого сечения Э2, скорость Ыо жидкости в отверстии должна быть меньше, чем Ы2. Тогда:
ш 0 = £ ■ ш 2 = е ■ р4 2 дН = а4 2 дН ,
§
где е = — - коэффициент сжатия струи. Коэффициент а представляет собой коэффициент расхода и выражается произведением коэффициента скорости и сжатия струи:
а = р ■ е.
Этот коэффициент зависит от величины критерия Ре и его значения приведены в справочнике [3]. Объемный расход жидкости равен произведению ее скорости Шо в отверстии на площадь сечения 5о отверстия:
Ус = а ■ Б042дН,
где Н - расстояние от верхнего уровня жидкости до оси отверстия.
Если в это уравнение внести плотность зерна и эквивалент времени, то получим объемную массу зерна за единицу времени:
М = 3 6 0 0 ■ а ■ Б0 - р ■ 42дН.
Определим время, за которое уровень слоя в емкости опустится от первоначальной высоты Н1 до некоторой высоты Н2. За бесконечно малый промежуток времени через отверстия вытечет следующий объем жидкости (слоя):
(IV = Усек ■ йт = а ■ Б042дН ■ с1т,
где Эо - площадь поперечного сечения отверстия в боковой стенке емкости. За этот же промежуток времени dт уровень слоя в емкости понизится на бесконечно малую величину dH, и при постоянной площади поперечного сечения Э емкости убыль жидкости в нем составит:
(IV = -Бс1Н.
Отрицательный знак в выражении указывает на убыль слоя.
Приравнивая согласно уравнению неразрывности потока эти объемы, получим:
ос ■ Б042д Н ( т = — Б йН.
„ , 5 с1Н
Откуда (т =--
Проинтегрируем это выражение, принимая, что коэффициент расхода а постоянен, т.е. не зависит от скорости истечения:
т » гН~? БсШ
- (т = — -1=]
Технические науки
т = Г?2 н- 1 /2 ан = (Ж - Ж).
а■ Бо^-'Нг а■ ^ 1 V 2-1
В случае полного опорожнения емкости Н2=0 уравнение принимает вид:
т=
а ■ 50/2д'
Таким образом, пользуясь на практике рекомендациями Бернулли, определим потери напора, расход, скорость и время опорожнения зернового слоя в транспортирующем канале универсального аэрожелоба, принятого как открытый сосуд.
Выводы
1. Движение зерна в универсальных трехканальных аэрожелобах псевдоожиженное, с некоторыми допущениями, принятое как установившееся и описываемое уравнением Бернулли.
2. По приведенным формулам определяются основные параметры универсального трехканального аэрожелоба.
Литература
1. Онхонова Л.О., Гомбожапов С.Д., Николаев Г.М. О сушке влажного зерна гелиосушилкой // Вестн. КрасГАУ. - 2012. - № 5. - С. 280-283.
2. Основы техники псевдоожижения /Н.И. Гельперин [и др.]. - М.: Химия, 1967. - 305 с.
3. ИдельчикИ.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Госэнергоиздат, 1960. - 233 с.
УДК 631.3 А.С. Климов, О.Л. Климова
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОЧИСТКИ
ГРУНТОВ ОТ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
Авторами статьи на основе результатов научных исследований и современных достижений сформированы предпосылки автоматизации процессов очистки грунтов от нефти. Разработана установка для автоматического управления процессом очистки грунтов от нефти.
Ключевые слова: грунты, нефтяные загрязнения, установка, система, автоматическое управление.
A.S. Klimov, O.L. Klimova
THE IMPROVEMENT OF THE INSTALLATION FOR AUTOMATIC CONTROL OF THE PROCESS OF THE SOIL PURIFICATION FROM THE OIL POLLUTION
The prerequisites for the automation of the processes of soil purification from oilare formed by the authors of the article on the basis of the scientific researchresults and modern achievements.The installation for the automatic control of the process of soil purification from oil is developed.
Key words: soils, oil pollution, installation, system, automatic control.
Введение. Проблемы, связанные с нефтью, значительны и многообразны. Участились разливы нефти при добыче и хранении, а также при транспортировке по морю, рекам и дороге. Экологические проблемы случаются при авариях на нефтепроводах, в результате чего происходят проливы на грунты и водные поверхности. В результате этого загрязняются подземные и поверхностные воды, почва и воздушная среда, т.е. среда обитания живых организмов, в том числе и человека. При продолжительном загрязнении
