Введение к работе
Актуальность работы. При переработке сельскохозяйственного сырья, в том числе различных зерновых, основным технологическим процессом, обеспечивающим долговременное их хранение, является сушка Разработка и проектирование эффективных систем удаления влага невозможно без математического моделирования явлений переноса, сопровождающих этот процесс.
Базовой моделью, зарекомендовавшей себя во многих практических задачах сушки, является модель АВ. Лыкова, основанная на линейной термодинамике явлений переноса в коллоидных и капиллярно - пористых средах. Сложность анализа этой модели связана с сопряжённостью полей температуры, влагосодержания и давления, что до настоящего времени не позволило получить аналитического решения.
Наличие фазовых переходов, неоднородность зерна, сложность биохимических превращений существенно усложняют моделирование процесса самосогревания. В настоящее время нет однозначного подхода к математическому моделированию явлений переноса при хранении зерна. Численное и аналитическое решение уравнений известных моделей, опирающихся на методы решения обратных задач тегшороводности, удаётся получить только в исключительных случаях с упрощающими допущениями, поэтому поиск и анализ подходов и алгоритмов к моделированию технологических систем сушки и хранения зерна акгуалеа
Работа проводилась в соответствии с планом НИР ГОУВПО ВГТА по теме «Интенсификация технологических процессов зерноперерабатьшающих предприятий» (№ гос. регистрации 01200.116992).
Цель работы - разработка методов математического моделирования тепломассо-обменных процессов, сопровождающих сушку и хранение зерна, основанных на исследовании явлений переноса, для рационализации энергетической эффективности и оптимального управления технологическими параметрами этих процессов.
Задачи исследования:
Сформулировать и методами математического моделирования решить задачу тегою-массопереноса в плотном слое с перекрестным движением агента сушки через слой зерновой массы для управления параметрами процесса конвективной сушки в шахтной зерносушилке.
Решить задачу раотределешмтемпературньк полей в слоезернапри егохранениив силосе методами математического моделирования дисперсных систем с распределенными параметрами для оперативного предупреждения локальных очагов самосогревания.
- Разработать на основе предложенных математических моделей программно-
логический алгоритм стабилизации термовлажностных характеристик зерна при сушке и
хранении.
- Провести апробацию результатов работы в промышленных условиях и эксперимен
тальные исследования процессов сушки и хранения зерна.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовались методы математического моделирования, моделирования сложных систем, математической статистики, теории дифференциальных уравнений в частных производных и теории тепломассообмена.
Научная новизна.
-
Разработан метод и получено решение задачи конвективной сушки зерна в численно - аналитической форме для системы уравнений А. Лькова нестационарной сушки путём представления искомых потенциалов модифицированными рядами Фурье, предложенными в работах профессора А. Д Чернышова, что позволяет определять поля температур и влагосодержания зерна.
-
Разработан численно - аналитический метод решения задачи самосогревания зернового сырья в силосе, относящийся к классу обратных задач теплопроводности, на базе интегральных преобразований Лапласа и тепловой пеленгации, позволивший идентифицировать локальные очаги самосогревания.
-
На основе предложенных математических моделей разработан способ стабилизации термовлажносгных характеристик зерна при сушке и хранении.
-
Ошгезированы алгоритмы и предмегнс-ориентированньй комплекс программ для прогнозирования динамики процессов, происходящих при сушке и хранении зерна.
Практическая ценность. Разработано прикладное программное обеспечение для процессов сушки и самосогревания зерна при его хранении.
Разработан способ стабилизации термовлажносгных характеристик зерна при сушке и хранении, основанный на микропроцессорном управлении с помощью математических моделей, позволяющий вырабатывать управляющие воздействия в последовательности, установленной программно-логическим алгоритмом в условиях случайных возмущений (Патент РФ 2303213) и конструкция зернохранилища (Патент РФ 2301518).
Результаты работ прошли апробацию на ОАО «Воронежском экспериментальном комбикормовом заводе», где при непосредственном участии автора были проведены прс-изюдственные испытания способа стабилизации термовлажносгных характеристик зерна при его сушке и хранении, что подтверждается актом производственных испытаний.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на ХГХ, XXI Международных научных конференциях "Математические методы в технике и технологиях" (Воронеж 2006, Саратов 2008); IV Международной конференции - выставке "Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации" (Москва, 2006);V Международной научно-практической конференции "Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России" (Орёл, 2006); Г/ Международной научно-технической конференции 'Техника и технология пищевых производств" (Могилёв, 2007).
Результаты работы демонстрировались на выставке «Агробизнес Черноземья» (Воронеж, 2008 г) и награждены дипломом.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК Получены два патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков и б таблиц. Список литературы включает 115 наименований, в том числе 3 на иностранных языках. Приложения к диссертации представлены на 43 страницах.
