Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния проблемы сушки зерна и постановка задач исследования 16
1.1. Анализ технологических методов и средств сушки в поточной комплексной организации послеуборочной обработки зерна 16
1.2. Конструктивные особенности сушильных камер зерносушилок сельскохозяйственного назначения и тенденции их развития 28
1.3. Свойства зерна как объекта сушки 42
1.4. Сушка зерна при различных состояниях зерновых слоев 60
1.5 Обзор и анализ математических моделей процессов сушки в зерносушилках сельскохозяйственного назначения 64
1.6 Выводы 79
Глава 2. Имитационное моделирование процессов сушки зерна 82
2.1. Модель функционирования сушильных установок сельскохозяйственного назначения 82
2.2. Методика построения математической модели функционирования сушильной камеры зерносушилки 88
2.3. Разработка системы имитационных моделей процессов сушки зерна 94
2.4. Адаптация системы моделей к условиям технической эксплуатации зерносушилок 126
2.5. Выводы 136
Глава 3. Программа и методика проведения экспериментальных исследований процессов сушки зерна 137
3.1. Разработка этапов и программы экспериментальных исследований 137
3.2. Техническое обеспечение и обоснование способов организации экспериментальных исследований системы сушки 138
3.3. Методика оценки непрерывно изменяющихся параметров влажности и температуры в сушильной камере 142
3.4. Организация лабораторных исследований по определению тепло-влагообменных характеристик распределения зерновых слоев в сушильной камере 146
3.5. Обоснование численных экспериментов с сушильной системой 153
3.6. Выводы 175
Глава 4 . Результаты натурных, лабораторных и численных экспериментов процесса сушки зерна 176
4.1. Анализ степени взаимодействия параметров состояний системы сушки зерна 176
4.2. Определение числовых характеристик входных и выходных параметров системы имитационных моделей 181
4.3. Оценка расхождения теоретических и экспериментальных параметров предлагаемой системы сушки зерна 187
4.4. Аппроксимация передаточных функций для шахтной и барабанной сушилок 192
4.5 Определение оптимальных динамических режимов системы сушки, регулирующих распределение температуры и влажности в зерновых слоях 203
4.6 Обоснование качественных технологических приёмов, обеспечивающих эффективность сушки зерна 218
4.7 Выводы 225
Глава 5. Алгоритмы идентификации имитационных моделей процессов сушки зерна в сушильных камерах зерносушилок сельскохозяйственного назначения 226
5.1. Функциональная идентификация по плотности потока массобмена в сушильной камере 226
5.2. Исследование области допустимых параметров алгоритмов идентификации, имитирующих физические характеристики взаимодействия зернового материала с агентами сушки 227
5.3. Исследование математической и физической корректности моделей 238
5.4. Разработка физических и математических критериев подобия систем сушки при различных типах зерносушилок 249
5.5. Моделирование передаточных функций системы сушки зерна, формируемых в различных типах зерносушилок 265
5.6. Влияние начальных данных на статистическую устойчивость системы сушки зерна 270
5.7. Выводы 275
Глава 6. Практические рекомендации и технико-экономические показатели процессов сушки зерна 276
6.1. Выбор конструктивных и режимных параметров эксплуатации зерносушилок в условиях Красноярского края 276
6.2. Планирование мероприятий по модернизации технологических линий сушки зерна 282
6.3. Практические мероприятия и рекомендации по совершенствованию процесса сушки зерна 283
6.4. Расчёт экономического эффекта от введения инновационной системы сушки зерна 289
6.5. Предлагаемые конструкции зерносушилок работающих с применением позонного способа сушки 289
6.6. Выводы 301
Общие выводы 3 02
Библиографический список 305
Приложение
- Анализ технологических методов и средств сушки в поточной комплексной организации послеуборочной обработки зерна
- Модель функционирования сушильных установок сельскохозяйственного назначения
- Разработка этапов и программы экспериментальных исследований
- Анализ степени взаимодействия параметров состояний системы сушки зерна
Введение к работе
Одной из важнейших задач, обеспечивающих продовольственную безопасность страны, является увеличение производства зерна за счет сокращения производственных потерь зернового подкомплекса АПК, улучшения качества послеуборочной обработки. Особое значение имеет технология сушки, которая в природно-климатических зонах с повышенным увлажнением является наиболее проблемным звеном в послеуборочной обработке зерна. Сушка зерна при правильной организации позволяет повысить качество и сохранить огромный объем продукции. В Красноярском крае значительная часть зерносушилок устарела как физически, так и морально, эксплуатируется с перерасходом топлива и с производительностью ниже паспортных показателей. Не всегда удовлетворяются и агротехнические требования для шахтной, барабанной и других типов зерносушилок, в своем большинстве использующих статический способ сушки.
Изучение вопроса совершенствования процесса сушки зерна на основе аналитических методов отражено в работах отечественных и зарубежных ученых: В.П. Горячкина, В.Г. Антипина, А.Б.Лурье, А.В. Лыкова, В.И. Анискина, А.В. Авдеева, Н.М. Андрианова, В.А. Резчикова, Н.В. Цугленка, В. Мальтри, Л. Отена, Л. Пабиса, Е.А.Смита и др.
Перспективными направлениями, позволяющими сбалансировать основные составляющие процессов тепломассообмена, связанные с взаимодействием зерна с тепловой и охлаждающей энергией являются использование позонного способа сушки и системообразующих элементов сушильных установок. Они предусматривают распределенное управление и дифференцированные режимы за счет блочно-модульной конструкции зерносушилок с разными типами внут-риконструкционных элементов отдельных блоков и раздельной напорно-распределительной системой отдельных модулей. Эти две группы важнейших параметров, позволяющих соблюдать необходимую скорость и режим продвижения зерна, температурный и динамический режимы, необходимо привести в соответствие с принципами многофункциональности, синергизма и системного моделирования машин и технологий в АПК. В системной постановке они связаны с показателями эффективности процесса сушки зерна.
Отсутствие единой структурной теории функционирования зерносушилок, позволяющей строить многоуровневые модели процесса сушки исходя из положений методологии энергетических и материальных балансов и критериев, сдерживает развитие научно-технического прогресса в области зерносушиль-ной техники. Исследования по имитационному моделированию процессов сушки зерна на основе системно-энергетической имитации ранее не выполнялись.
Работа выполнена в соответствии с межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ на 2001-2005 гг., координационным планом НИР СО Россельхозакадемии на 2006-2010 гг. и планами НИР КрасГАУ 1986...2008 гг.
Цель работы. Разработка имитационных моделей процессов сушки зерна для снижения энергетических затрат в зерносушилках с.-х. назначения.
Объект исследований. Процессы сушки зерна в шахтных, барабанных, камерных и бункерных зерносушилках.
Предмет исследования. Закономерности формирования, изменения и взаимосвязь технологических и технико-экономических показателей, параметров, режимов, и производственных условий при использовании различных схем функционирования зерносушильных комплексов.
Для реализации цели работы были поставлены следующие задачи:
1. Провести анализ состояния вопроса по моделированию процессов сушки зерна для повышения эффективных качественных показателей функционирования зерносушилок с.-х. назначения и снижения энергозатрат.
2. Разработать имитационные модели процесса сушки зерна в зерносушилках с.-х. назначения и методику их идентификации для конкретной сушилки и вида зерна.
3. Провести экспериментальные исследования процесса сушки зерна для на 8 стройки имитационных моделей сушильных зон и камер в существующих и предлагаемых позонных зерносушилках блочно-модульной конструкции.
4. Провести численный эксперимент и имитацию процессов сушки зерна с адаптацией к опытным данным.
5. Разработать модели и алгоритмы идентификации и оптимального управления процессов позонной сушки зерна.
6. Получить оценки технологической и технико-экономической эффективности дифференцированных режимов позонного способа сушки зерна.
Методы исследования. В теоретических исследованиях применены методы системного анализа, имитационного моделирования, идентификации, алгоритмизации и оптимизации, положения теории тепломассопереноса и теории сушки коллоидных капиллярнопористых тел, математической статистики, статистической динамики с.-х. машин и агрегатов.
При проведении экспериментальных исследований за основу были приняты методики проведения опытов и испытаний зерносушилок, государственные и отраслевые стандарты, требования и нормы метрологии, контроля качества технологических процессов, планирования экспериментов, теории подобия и моделирования.
Научная новизна. Разработана имитационная модель процесса сушки зерна в типовых слоях; методология построения обобщенных моделей зерносушилок с.-х. назначения с заданными условиями однозначности, их корректного упрощения и использования для осуществления технологических процессов сушки, отволаживания, нагрева, вентилирования и охлаждения. Разработаны методики настройки имитационных моделей; программы численной реализации по уровням их построения и стадиям идентификации; алгоритмы вычисления коэффициентов характеристических уравнений и передаточных функций непосредственно через модельные параметры зерносушилки данного типа и конструкции. Разработаны модели оптимизации при решении задач параметрического синтеза сушильной камеры, имитации и управления процессом суш 9 ки зерна в режиме реального времени. Разработаны методы построения эффективных режимов сушки зерна.
Практическая значимость работы. Разработана методика оценки технологической эффективности функционирования существующих и разрабатываемых зерносушилок. Разработанные рекомендации и номограммы утверждены в качестве основного документа по выбору параметров и режимов зерносушилок для с.-х. организаций отделом механизации и материально-технического обеспечения Агентства сельского хозяйства администрации Красноярского края. Разработанные конструкции шахтных, барабанных, камерных и бункерных сушилок и эффективные режимы сушки зерна приняты к внедрению СКВ «Брянсксельмаш».
Реализация результатов исследований. Полученные результаты теоретических разработок позонного способа сушки зерна в серийных и перспективных зерносушилках и дифференцированные ускоренные режимы сушки зерна в шахтных и барабанных сушилках внедрены в хозяйствах: СПК «Солонцы» Емельяновского района, КФХ «Шейнмаер» и СХПК «Лапшихинский» Ачинского района Красноярского края, Кировской лугоболотной опытной станции ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса; племхозяйстве «Луговой» Оричевского района Кировской области, совхозе «Россия» Маловишерского района Новгородской области и др. Результаты НИР по разработке зерносушилок блочно-модульной конструкции приняты к внедрению Агентством сельского хозяйства Красноярского края и СОАО «Краснополянское» Назаровского района. Технические решения по оптимизации технологических и технико-экономических параметров и режимов работы различных конструкций зерносушилок, реализующих позонный способ сушки, внедрены в ЗАО «Светлолобовское» Новосе-ловского района. Методики расчета конструктивных и режимных параметров, системного моделирования и оценивания критериев технологической и технико-экономической эффективности зерносушилок используются в учебном процессе Красноярского ГАУ и изложены в учебных пособиях с грифами Мини 10 стерства сельского хозяйства РФ и СибРУМЦ. На защиту выносятся:
- методология имитационного моделирования технологического процесса сушки на зерноочистительно-сушильных комплексах, функционирующих в условиях зон повышенного увлажнения;
- построение и использование многоуровневой системы имитационных моделей сушки зерна и многостадийная система их идентификации;
- теория и методика расчета параметров процесса позонной сушки зерна с использованием дифференцированных режимов;
- системное оценивание интенсивности процесса сушки зерна; результаты оценки использования позонного способа в с.-х. сушилках;
- модели, методы, алгоритмы и программы построения эффективных режимов многозонных зерносушилок;
- практические рекомендации по переводу зерносушилок с.-х. назначения на позонный способ сушки и конструкции зерносушилок шахтного, барабанного, камерного и бункерного типа.
Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, испытаний разработанных технологий, режимов и процессов сушки зерна, проверкой адекватности отдельных подмоделей, их вычислительной, математической и физической корректности.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и одобрены на международных, всероссийских и региональных научно-технических конференциях, совещаниях и семинарах в Красноярском ГАУ (КСХИ, 1986-2008); СПбГАУ (ЛСХИ, 1983-1986, 1990-1993 гг.); СЗНИИМЭСХ (НИПТИМЭСХ НЗ РФ, СПб.-Пушкин, 1982-1985); НИИСХ Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого (НПО «Луч», г. Киров, 1992); Тульском ГТУ (ТЛИ, 1982-1984); Вятской ГСХА (Кировский СХИ, 1985,1993); КНИИСХ (Красноярск, 1986); Челябинском ГАУ (2004); ВНИПТИМЭСХ (Зерноград, 1984); Белорус 11
ском ИМСХ (Минск, 1984); СКБ «Брянсксельмаш» (1984-1986 гг.); ВНИИ-Электропривод (ВНИиПКИ по автоматизированному электроприводу, 1986); ОАО «ВИСХОМ» (1985-1990, 2003-2004гг.); ВИМ (2003); СибФУ (Красноярский ГУ, 1997-1998); ВВЦ РФ (ВДНХ СССР, 1986); CIES (Comparative and International Education Society, Питтсбург, США, 1991); УНПО «Информатика» (г. Тбилиси, 1990), КНЦ СО РАН (Красноярск, 1995-1997); СибИМЭ (Новосибирск, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 95 печатных работ, в том числе 1 монография и 13 статей в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации материалов докторских диссертаций; получены 2 патента, 3 положительных решения по заявкам на изобретения и 1 авторское свидетельство.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов по работе, списка литературы, приложений. Работа изложена на 275 страницах, содержит 61 рисунок, 15 таблиц и приложение.
Анализ технологических методов и средств сушки в поточной комплексной организации послеуборочной обработки зерна
Поточная комплексная организация послеуборочной обработки зерна (ПОЗ) представляет собой многостадийную систему операций преобразования потока зернового материала из исходного состояния в конечное, включающую в себя следующие основные операции — прием и размещение зернового вороха, очистка зерна от посторонних примесей, основные и вспомогательные процессы сушки, нагрев, промежуточное и окончательное охлаждение, временное и длительное хранение, фракционирование, удаление части зернового материала, не соответствующего агротехническим требованиям, сортирование и другие [1— 5]. Она имеет огромное значение для своевременного выполнения трудоемких операций, предотвращения потерь и снижения затрат. Машины (зерноочистительные, зерносушильные, сортировальные) и вспомогательное технологическое оборудование (бункера, нории), входящие в систему, должны быть согласованы по производительности, емкости и выполняемым технологическим процессам [4,6]. Правильно организованная сушка позволяет не только сохранить, но и улучшить необходимые качественные показатели зерна, а также обеспечить длительное, безопасное для его качества, хранение [3,7,8].
Научные исследования в области совершенствования сушки зерна целью повышения производительности, снижения энергозатрат, оптимизации параметров и создания систем управления с учетом поточной технологии осуществляются специалистами ведущих НИУ нашей страны: ВИМ, ВИСХОМ, СибИ-МЭ, ВНИПТИМЭСХ, ВНИИЗ, НИИСХСВ, МГАУ, СПбГАУ, АГАУ, СЗНИИ-МЭСХ и др. Значительный вклад в развитие индустриальной технологии сушки зерна внесли исследования Э.В. Жалнина, Н.М. Иванова, Л.В. Колесова, В.А. Кубышева, Н.П. Сычугова, А.П. Тарасенко, Г.Е. Чепурина, А.Г. Чижикова, Ф.Н. Эрка, Л. Отена, Л. Пабиса, Е.А. Смита и др. К сушке зерна предъявляют очень высокие требования, исключающие любую возможность ухудшения его качества. Эти требования предусматривают полное сохранение природных достоинств зерна. Так, при сушке пшеницы продовольственного назначения не допускается уменьшение содержания клейковины и ухудшение ее качества; проса, риса, гречихи - снижение выхода крупы и увеличение количества битых и ошелушенных зерен; ячменя и кукурузы продовольственно-кормового назначения — денатурация белка. При сушке семенного зерна нужно обеспечить сохранение зерна как живого организма без ухудшения семенных достоинств (всхожесть, энергия прорастания, сила начального роста); семян подсолнечника - гарантировано полное сохранение качества масла. Процесс сушки должен способствовать сокращению сроков послеуборочного дозревания, увеличению выхода муки и крупы высоких сортов, улучшению цвета зерна, повышению его натуры, уменьшению содержания сорной примеси. Правильно организованная сушка позволяет не только сохранить, но и улучшить необходимые качественные показатели зерна, а также обеспечить длительное безопасное для его качества хранение [3-8].
Технологические приемы в сочетании с режимами сушки оказывают влияние на эффективность использования зерносушильного оборудования. Значительный опыт накоплен в этом вопросе по использованию шахтных зерносушилок и переводу их на различные способы сушки [1-3].
При традиционных способах сушки за один проход через сушилку удается снизить влажность зерна не более чем на 6-8% без риска ухудшения качества зерна. Это связано с тем, что зерно при сушке быстро нагревается и впоследствии не успевает отдать необходимое количество влаги.
Одним из решений этой задачи является применение конвективно-контактного способа сушки с использованием в качестве абсорбента сухого зерна, циркулирующего в сушилке по замкнутому контуру. Рециркуляционный способ предусматривает возврат части просушенного зерна в смеси с сырым зерном в надсушильный бункер, в котором проходят процессы тепловлагооб-мена между сырым и сухим зерном, в результате чего сырое зерно нагревается и частично подсушивается. В конечном итоге это приводит к интенсификации процесса сушки. Зерносушилку любого типа достаточно просто реконструировать на рециркуляционный способ сушки. Промышленность выпускает специальные рециркуляционные зерносушилки различных типов. В них кроме нагрева сырого зерна за счет тепла просушенного зерна применяют также его предварительный нагрев в специальных камерах.
Осциллирующий способ сушки зерна состоит из совмещения принципа рециркуляции зерна с периодическим нагревом и охлаждением. Суть его заключается в кратковременном нагреве и подсушке сырого и рециркулирующе-го зерна высокотемпературным агентом сушки; контактном влагообмене между рециркулирующим и сырым зерном, во время которого происходит движение влаги от центра к периферии влажного зерна; промежуточного охлаждения и сушки зерна.
При изотермическом способе сушки подогревают сырое зерно перед смешиванием его с рециркулирующим. Для удаления влаги используют не холодный атмосферный воздух, а агент сушки. Температура агента сушки должна превышать температуру зерна. Процесс сушки состоит из предварительного нагрева сырого зерна с одновременной сушкой; влагообмена между сухим и рециркулирующим зерном; испарения влаги из рециркулирующего зерна при его продувке агентом сушки. За один пропуск зерна через сушилку удается снять около 3-5% влаги, что не позволяет достичь значительного снижения влажности зерна за один проход через сушилку.
Известны также различные варианты и модификации приведенных и других способов сушки. Однако представляется, что наиболее перспективным является позонный способу который хорошо сочетается как с вышеуказанными способами, так и особенно с их элементами, такими как предварительный на грев зернового материала, рециркуляция зерна и агента сушки, чередование зон сушки и отлежки и т.п.
Модель функционирования сушильных установок сельскохозяйственного назначения
На процесс сушки зерна в сушильных установках сельскохозяйственного назначения в режиме их нормального функционирования влияют многочисленные факторы. Некоторые из них являются общими для всех сушильных установок. Степень влияния одного и того же фактора на процесс сушки в зерносушилках разных типов различна. Функционирование зерносушилки сельскохозяйственного назначения можно рассматривать как реакцию на входные внешние возмущения и управляющие воздействия, то есть сушильную камеру можно представить в виде динамической системы с оператором А (рис. 2.1). Термин "сушильная камера" используется в несколько более широком смысле, к нему относятся и камеры нагрева (в случае использования предварительного подогрева зерна - надсушильный бункер) и камеры промежуточного охлаждения, т.е. сушилка без топки, охладительной камеры и вспомогательных устройств.
Функциональная схема сушильной камеры зерносушилки сельскохзяиственного назначения 83 соответствующих параметров поступающего с полей зернового материала и действия оператора первичной очистки); N — продолжительность уборки; Q„i = \,N — интенсивность поступления; K%i = \,N — коэффициент суточной неравномерности поступления; St - гранулометрический состав; Пт - определяет технологические приемы, используемые в системе: работа сушилки "на себя" (т.е. возврат материала на повторную сушку), последовательная сушка (т.е. в следующую сушильную камеру), использование рециркуляции части зернового материала, предварительного подогрева его, промежуточного охлаждения или отлежки, рециркуляции сушильного агента; разделение материала на партии по влажности перед сушкой (т.е. на входе в систему зерно имеет практически постоянную влажность), использование систем стабилизации температуры сушильного агента на входе в сушильную камеру (т.е. Т0 = const). П0 - поступление в А зерна из БАВ, завальной ямы, автомобилей; К" — коэффициент накопления зерна перед системой A, i = l,N; Крез — коэффициент рециркуляции (равен
О, если не используется данный метод сушки). Имитационное моделирование процесса поступления зернового материала, который определяет условия функционирования системы, приведено в приложении 1. Д0 (t, х) - влагосодержание сушильного агента. В отличие от Т0 изменяется в незначительном диапазоне, однако ее изменение по х имеет важное значение для обеспечения возможности использования высоких температур сушильного агента при сохранении качественных показателей зерна. V — скорость движения зерна (для конвейерной сушилки — скорость транспортера, но в этом случае скорость движения зерна равна 0, и значение Vmp не играет роли в перемешивании зернового материала - оно также равно О всюду на данном лотке и только при пересыпании из одного лотка на другой Ks Ф О и зависит от расстояния между ними). Она может быть изменена в большом диапазоне (в зависимости от типа сушилки), играет важную роль в процессе сушки — от нее зависит экспозиция сушки, однако ее изменение при определенных условиях может произвести дополнительный эффект, обусловленный разрыхлением слоя зернового материала. v(x,t) — скорость сушильного агента. Скорость имеет большое значение для интенсификации процесса сушки, но для оптимальных режимов большинства типовых слоев она изменяется в незначительном диапазоне. Верхняя гра 85 ница задается скоростью витания зерна, нижняя — выбирается из экономических соображений. Однако она близка к верхней границе, за исключением сушилок со взвешенным состоянием зернового слоя с наивысшей стадией псевдоожижения, в которых скорость сушильного агента больше скорости витания зерна. Причём конечная скорость сушильного агента на выходе из зоны, ввиду свободной самопроизвольной транспортировки зерна и малой экспозиции сушки соответствует малым влагосъемам. Аналогично, ввиду обеспечения качественного характера оптимального режима при начальной стадии процесса сушки, используют в качестве первой зоны в комбинированных многозонньгх сушилках с меньшей начальной скоростью, где на 30-50% больше скорости витания зерна [65].
jjKoucmp _ режимные параметры, зависящие от типа сушилки. Для барабанной сушилки - угол наклона барабана (положительный, если наклон в сторону движения зерна — используется для зернового материала с малой скоростью витания, для обеспечения использования более высоких скоростей сушильного агента и невыноса зерна из сушильной камеры; отрицательный — может использоваться при сушке высоковлажного зерна, имеющего большую скорость витания с целью интенсификации процесса сушки, увеличения степени разрых-ленности слоя и обеспечения использования высоких температур сушильного агента. Для конвейерной сушки - толщина слоя, ее увеличение позволит увеличить производительность конвейерных сушилок, при использовании максимальных скоростей сушильного агента [62, 67]. Для шахтной сушилки — использование дифференцированных режимов по зонам.
Разработка этапов и программы экспериментальных исследований
Для экспериментального определения основных параметров зерна: влажности, температуры в процессе сушки при условиях нормального функционирования зерносушилки, — руководствовались действующими инструкциями, методиками и рекомендациями, утвержденными Министерством сельского хозяйства РФ.
Цель экспериментального исследования процесса сушки зерна заключалась в настройке математической модели процесса сушки зерна, проверке адекватности модели и полученных результатов, а также в сравнении данных опытного и численного эксперимента.
В соответствии с этим были поставлены задачи: 1. Получить кривые сушки и нагрева зерна в процессе сушки в шахтной и барабанной сушилках при различных режимах. Оценить средние и выборочные дисперсии по всем повторностям данного режима. Сравнить со значениями, полученными на математических моделях, разработанных в главе 2. 2. Построить факторные и результатные характеристики сушилок СЗШ-16А и СЗПБ-2,5, используя экспериментальные данные [49, 98] и сравнить их с характеристиками, полученными в результате математического моделирования. 3. Изучить теплофизические характеристики и их изменение в процессе сушки: теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность влажного зерна на лабораторной установке. 4. Исследовать качественный характер изменения коэффициента теплообмена между теплоносителем и зерновым материалом путем изучения статистической связи между скоростями сушки и нагрева зерна по высоте сушильной камеры. Оценить его значения через коэффициенты теплопроводности и температуропроводности и разработанные тепло- обменные критерии подобия. 5. Путем проведения численного эксперимента оценить вычислительную сложность и корректность модели и ее эффективность. Сравнить с результатами опытных данных.
Для экспериментального определения параметров зерна: (влажности, температуры и теплоемкости) в процессе сушки при условиях нормального функционирования зерносушилки (С-20, ООО «Краснополянское» Назаровско-го района) отбирали пробы в различных сечениях сушильной камеры, перпендикулярных оси Ох. В каждом таком сечении отбирали несколько проб из разных точек: по всему сечению при помощи пробоотборника, после чего пробы сразу же пересыпали в бюксы с соответствующими номерами и закрывали их крышками, на которых указан тот же номер; он показывает координату х, т.е. порядковый номер пробоотборника от начала сушильной камеры и координату / =1,3 от корпуса сушильной камеры со стороны отбора проб. В некоторых случаях использовали целлофановые мешочки (также пронумерованные). Все бюксы предварительно взвешивали (с крышками) и данные записывали на них. Мешочки, используемые для определения теплоемкости, запаивали.
Для измерения влажности зерна использовали сушильный шкаф СЗШ-ЗМ, а также электрический портативный влагомер ПВЗ-10Д, электрическую лабораторную мельницу, весы лабораторные, секундомер, часы сигнальные, стеклянные стаканчики с притертыми крышками (для возможности повторного оп ределения влажности в необходимых случаях; часть проб делилась на две равные части между бюксами и стаканчиками). Измерения производили в соответствии с ГОСТ 12041-82.
Вначале производили двойные измерения портативным влагомером, потом уточняли значение при помощи сушильного шкафа (для ускорения определения перед сушкой в сушильном шкафу зерно размалывали, отвешивали по две навески 5 г). При этом преследовались две цели: уменьшение измерительной погрешности (экспресс-влагомером определяли необходимость в предварительном подсушивании в СЗМ-ЗМ) и уменьшение объема измерительных работ (путем нахождения аддитивной составляющей погрешности измерения, причем она оказалась различной для зерна средней сухости и сырого 1% и 1,5% соответственно).
После чего все измерения проводили влагомером ПВЗ-10Д с учетом поправок. Измерения при помощи ПВЗ-10Д проводили в трехкратной повторности (при этом расхождения между ними не превышали 1,5%, в исключительных случаях отличные значения игнорировали и делали еще одну повторность) и находили среднее арифметическое значение.
Температуру зерна определяли сразу же после пробы непосредственно в деревянном ящике для данного пробоотборника. Измерение температуры производили максимальным ртутным термометром в течение 6-8 минут, который передвигают через каждые 2-3 щупы, при этом следили, чтобы ртутный шарик термометра не касался стенок ящика. Измерение температуры зерна в сушильной камере (без отбора проб) связано с погрешностями, вносимыми температурой сушильного агента, особенно в местах интенсивной продувки (поэтому для этого необходимо найти локальные участки, в которых зерно практически не омывается теплоносителем и установить в них датчики).
При обработке данных определяли среднее значение и предельные отклонения для каждого сечения (по рядам коробов - для вертикального сечения, для шахтной сушилки - по дверкам люков, горизонтальным сечениям — для барабанной сушилки) температуры и влажности зерна. Отбор проб производили через каждые 5 минут.
Для определения теплоемкости и других теплофизических характеристик зерна провели эксперименты на лабораторной установке, содержащей следующую аппаратуру: прибор ИТХ9П, измерительный блок (включающий стабилизированные источники мостовой измерительной схемы и подогревной обмотки зонда, измерительную схему и усилитель) вторичного регистрирующего прибора. В качестве теплового зонда в ИТХ9П используется полупроводниковый цилиндрический зонд. Погрешность прибора ИТХ-9П не превышает 5% [62, 80]. После определения влажности зерно из разных бюксов пересыпали в целлофановые мешочки, делали соответствующую запись к запаивали.
Анализ степени взаимодействия параметров состояний системы сушки зерна
Результаты численного эксперимента на ЭВМ и опытных данных процесса сушки зерна в ШС, БС, КС и БАВ позволяют сделать некоторые качественные выводы и влиянии параметров на режим сушки зерна.
Между некоторыми входными и выходными параметрами системы А имеют место достаточно сильные (р = 0,6-0,7) корреляционные связи: между температурой сушильного агента на входе и температурой зерна на выходе, р = 0,58 -0,65, которая уменьшается с увеличением порядкового номера типа слоя для БАВ 0,67, КС 0,64, ШС=0,60 и БС 0,58; между экспозицией сушки и влагосъемом, р = 0,65 -0,70, которая уменьшается с возрастанием порядкового номера типового слоя для БАВ 0,70, КС 0,69, ШС 0,64 и БС 0,63; начальной влажностью зерна и влагосъемом, р = 0,50 - 0,65, которая уменьшается с увеличением порядкового номера типа слоя для БАВ 0,66, КС 0,64, ШС 0,64 и БС 0,53; скоростью сушильного агента на входе и влажностью зерна на выходе, которая увеличивается (р = 0,40-0,60) с возрастанием порядкового номера типа слоя; толщиной слоя и влагосъемом, которая зависит не от типа слоя, а от конструктивных особенностей сушильной камеры.
Сглаживающая способность бункерных сушильно-вентиляционных установок без перемешивания материала и реверсирования агента сушки значительно ниже по сравнению с барабанными, шахтными и камерными зерносушилками. По этому показателю существующее барабанные сушилки имеют некоторое преимущество перед шахтными и камерными. В то же время, ввиду имеющейся не равномерности по продвижению зернового материала и по рас 178 пределению агента сушки в сушильной камере (и как следствие, неравномерности по параметрам сушильного процесса), сглаживающая способность существующих зерносушилок выражена не достаточно сильно. Поэтому вопросы равномерности параметров внутри зон сушильной камеры, оказывающее влияние на расхождение локальных балансов тепла и влаги от интегральных балансов также постоянно находились в центре внимания при проведении настоящего исследования, наряду с оптимизацией распределения параметров между зонами. Модельный учет и имитация изменения в зависимости от указанных параметров позволили обосновать конструкции, предлагаемых зерносушилок(рис. 6.4), среди которых наибольшей сглаживающей способностью и-равномерностью отличаются модернизированная барабанная сушилка,. шахтная сушилка с зонами отлежки и перемешивания шахтная.сушилка с промежуточными выпускными аппаратами жалюзийного типа, камерные лотковые и многоярусные. С этой же целью в предлагаемых многозонных (многоярусных, секционных) и их модификациях изменена система воздухораспределения. Например, дляс бункерной сушилки нами предложено два варианта ее изменения: спиралевидная ш многотрубная; в которых сочетается использование основного нагнетательного канала с несколькими дополнительными-периферийными распределительными каналами. Этот же принцип использован и в предлагаемой камерной сушилке, предназначенной для фермерских хозяйств; Еще; одно направление повышения равномерности, используемое в предлагаемых конструкциях модернизированных зерносушилок, связано с возможностью управлять движением: зерновых слоев: изменяющиеся в процессе сушки углы наклона перфорированных полок-скатов,, углы наклона вращающегося сушильного барабана, козырьки-отбойники, лучи-ворошители, рыхлительные барабаны зон отлежки и т.п.
Данные результаты позволяют также сформулировать и доказать гипотезу о том, что при соответствующем выборе параметров увеличение температуры сушильного агента не приведёт к перегреву зерна, увеличение влагосо-держания сушильного агента — к его увлажнению, а уменьшение экспозиции — к недосушке. Такая интенсификация процесса сушки зерна путём одновременного увеличения параметров Т0, Д0, о может быть объяснена увеличением порядкового номера типа слоя в пределах данной группы слоев.
