Библиографическое описание:

Курдюмов В. И., Павлушин А. А., Сутягин С. А., Нестерова Д. В., Журавлев А. В. Аспекты проектирования установок контактного типа для сушки и тепловой обработки зерна // Молодой ученый. — 2012. — №5. — С. 53-55.

Выбор рационального метода сушки зерна, типа зерносушильной установки, а также теплового режима её работы представляет собой сложную задачу, решение которой требует достаточных знаний в области теории, технологии и техники зерносушения.

Основные требования к проектированию зерносушильной техники можно представить в виде концептуальной схемы создания зерносушилок (рис. 1).

Рис. 1. Схема концептуального проектирования зерносушилок контактного типа

В каждом их указанных блоков данной схемы представлены технико-экономические, энерго-, ресурсосберегающие, экологические аспекты, а также требования технологической адаптации. Реализация данных условий при проектировании зерносушильной техники позволит разработать новые, эффективные средства механизации, причём необходимо учитывать влияние как каждого из блоков по отдельности, так и взаимосвязи.

Исследование процесса тепловой обработки зерна проводят с целью научного обоснования выбора рациональных методов и оптимальных режимов процесса, а также получения необходимых формул для проектирования и расчета установок. Как и для других технологических процессов, методы исследования процессов тепловой обработки можно разбить на три основные группы: аналитические, экспериментальные и синтетические.

Аналитическое исследование протекает в три этапа: а) математическое описание задачи; б) формулировка краевых условий; в) решение задачи. Необходимость формулировки краевых условий вызвана тем, что уравнения кинетики тепло-массопереноса в частных производных второго порядка описывают целый класс явлений и имеют бесчисленное множество решений. Для однозначного решения уравнений необходимо сформулировать начальное и граничное условия, отражающие конкретную обстановку протекания процесса [1, 2].

Однако аналитические методы исследования и расчета по своей сущности являются дедуктивными. Они учитывают основные закономерности процессов, протекающих в моделируемом объекте, качественно более правильно характеризуют его даже при наличии недостаточно точных в количественном отношении параметров модели. Поэтому с их помощью можно разрабатывать общие методы расчета. При возможности их полной реализации, по существу, отпадает необходимость в эксперименте, который в этом случае применяют для определения кинетических констант модели и для проверки адекватности полученных математических решений.

В ряде случаев целесообразно использовать принцип суперпозиции, когда задача со сложными краевыми условиями и переменными физическими характеристиками раскладывается на алгебраическую сумму простых задач, решения которых известны (например, в виде расчетных графиков, номограмм и т. п.).

Хорошие практические результаты дает зональный расчет с применением метода кусочно-ступенчатой аппроксимации.

Также применение аналитических методов расчета не всегда возможно. В частности, когда отсутствует или весьма ограничен объем теоретических сведений об изучаемом процессе, вследствие чего неизвестен ориентировочный вид соотношений, описывающих этот процесс. Даже если аналитические зависимости получены, из-за их громоздкости и сложности их часто трудно применять в практических инженерных расчетах.

В связи с этим важное практическое значение имеет экспериментальный метод исследования (рис. 2).

При проведении экспериментального исследования важно:

а) определить минимально необходимое число опытов и правильно поставить эксперимент; при решении этой задачи широко применяют методы планирования многофакторных экспериментов;

б) оценить погрешность проведения опытов и точность получаемых данных с использованием методов математической статистики;

в) создать экспериментальные установки, которые должны быть физическими моделями будущих производственных установок;

г) обобщить экспериментальные данные с целью получения эмпирических расчетных формул.

Рис. 2. Цели экспериментального метода исследования

Решение двух последних задач реализуется в третьем – синтетическом методе исследования, который базируется на теории подобия и анализе размерностей, а также на статистических методах математического планирования экспериментов.

Рассмотрим примерную схему проведения экспериментального исследования процесса тепловой обработки зерна, в которой сочетаются этапы исследования и вопросы проектирования установки (рис. 3).

Рис. 3. Этапы экспериментального исследования

Приведенную схему, применяют при разработке и создании новых оригинальных конструкций зерносушильных установок. Если речь идет о модернизации действующих установок или разработке новых конструкций установок, реализующих известный способ сушки, количество этапов экспериментальных работ может быть соответственно сокращено.

Получаемые при экспериментальном исследовании расчетные зависимости имеют вид корреляционных или регрессионных соотношений между входными и выходными величинами, которые носят частный характер и справедливы для сравнительно узкой области изменения параметров модели.

Синтетический метод исследования объединяет аналитический и экспериментальный методы исследования. Как было сказано, он базируется на методах обобщенного анализа (теории подобия и методе анализа размерностей) и на математических методах планирования экспериментов.

Первый метод позволяет сократить число переменных в рассматриваемых задачах за счет перехода к удобным и легко интерпретируемым безразмерным комплексам (критериям или числам подобия) и, кроме того, определяет условия и искомые параметры при проведении экспериментальных исследований (первая теорема подобия). При исследовании выбирают функциональную форму эмпирического уравнения в критериальном виде, стремясь ввести необходимое количество параметров и коэффициентов, чтобы в дальнейшем, определив их численные значения из экспериментальных данных, обеспечить необходимую точность расчетов по формуле (вторая теорема подобия).

Теория подобия позволяет результаты (закономерности), полученные экспериментальным путем на пилотной установке, перенести на промышленную, если соблюдены определенные условия однозначности, определяемые третьей теоремой подобия. Этот метод нашел широкое применение в инженерной практике [3].

Теория подобия относится к явлениям, характеризующимся постоянством свойств изучаемого объекта во времени, так как кинетические коэффициенты, учитывающие эти свойства (теплофизические, массообменные, термодинамические, структурно-механические, физико-химические и пр.), рассматриваются в критериях подобия как константы. В реальных процессах эти коэффициенты обычно изменяются.

Таким образом, непрерывное совершенствование конструкций зерносушильной техники, интенсификация режимов её работы с одновременным улучшением качества процесса сушки и готового продукта в конечном итоге, разработка и внедрение средств автоматического управления существенно усложняют методы расчёта структуры и параметров зерносушильных установок при их проектировании. При этом применение методов моделирования даёт возможность существенно снизить сроки создания установок для сушки зерна, а также повысить эффективность их функционирования.

Установленные требования и критерии, предъявляемые к созданию новой техники, а также основные зависимости по моделированию процесса сушки и тепловой обработки зерна позволят обеспечить создание новых установок, эффективных с точки зрения получения качественного готового продукта при минимальных затратах энергии.


Литература:
  1. Гинзбург А.С. Автоматизация процессов сушки зерна / А.С.Гинзбург, А.П. Гержой, А.Т. Птушкин. – Заготиздат, 1962. – 267с.

  2. Громов А.П. Совершенствование зерносушильных устройств // Механизация и экономика сельскохозяйственного производства. – 1974. – С.121-134.

  3. Гухман А.А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепло- и массообмена. – М.: Высшая школа, 1967. – 264с.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle