Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 15
1.1. Состояние вопроса по активному вентилированию зерна и задачам энергосбережения 15
1.1.1. Активное вентилирование как один из способов сохранения влажного зерна 15
1.1.2. Классификация способов энергосбережения при сушке и сохранения влажного зерна 19
1.1.3. Сравнительная эффективность мер по энергосбережению 25
1.2. Управление процессом активного вентилирования зерна 27
1.2.1. Информационные основы управления процессом активного вентилирования зерна 27
1.2.2. Управление процессом активного вентилирования зерна как проблема управления производством сельскохозяйственной продукции 31
1.2.3. Информационное обеспечение технологического процесса сушки зерна активным вентилированием 36
1.2.4. Проблема интенсификации процесса сушки зерна активным вентилированием 39
1.2.5. Научные основы энергосбережения. Направления разработки методических решений 40
1.3. Выводы и постановка задач исследования 41
Глава 2. Теоретические предпосылки моделирования процесса активного вентилирования зерна в импульсном режиме 45
2.1. Зерно как объект сушки з
2.2. Математические модели процесса сушки зерна активным вентилированием 52
2.3. Моделирование процесса сушки зерна активным вентилированием в импульсном режиме на основе моделей
для непрерывного режима 58
2.4. Моделирование процесса сушки зерна активным вентилированием в импульсном режиме на основе класса моделей "реакция-диффузия" 64
2.5. Моделирование процесса сушки элементарного слоя зерна в
импульсном режиме 68
Выводы 71
Глава 3. Методика экспериментальных исследований 73
3.1 Программа экспериментальных исследований 73
3.2 Экспериментальная установка для исследования процесса сушки элементарного слоя зерна 3.3. Методика определения временного ряда флуктуации влагоотдачи элементарного слоя зерна при сушке в непрерывном и импульсном режимах 74
3.4. Методика определения спектральных составляющих по временному ряду флуктуации изменения влажности зерна 76
3.5. Методика определения динамической размерности процесса влагоотдачи элементарного слоя зерна в непрерывном и импульсном режимах по временному ряду флуктуации изменения влажности зерна 77
3.6. Методика определения временного ряда флуктуации влагоотдачи элементарного слоя селикагеля при сушке в непрерывном режиме 83
3.7. Экспериментальная установка для определения эффективности процесса сушки "толстого" слоя зерна в импульсном режиме 84
3.8. Методика определения эффективности процесса сушки "толстого" слоя зерна активным вентилированием в импульсном режиме по
сравнению с непрерывным 85
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований 88
4.1. Определение временных рядов флуктуации влагоотдачи элементарных слоев зерна и силикагеля при сушке в непрерывном режиме 88
4.1.1. Определение временного ряда флуктуации влагоотдачи элементарного слоя зерна в непрерывном режиме 88
4.1.2. Определение временного ряда флуктуации влагоотдачи элементарного слоя силикагеля в непрерывном режиме 90
4.2. Спектральные составляющие флуктуации влагоотдачи элементарных слоев зерна и силикагеля при сушке в непрерывном режиме 92
4.2.1. Спектральные составляющие флуктуации влагоотдачи элементарного слоя зерна при сушке в непрерывном режиме 92
4.2.2. Спектральные составляющие флуктуации влагоотдачи элементарного слоя силикагеля при сушке в непрерывном режиме 93
4.3. Исследование процесса сушки элементарного слоя зерна в начальный и последующий периоды сушки в непрерывном режиме 94
4.3.1. Определение временного ряда флуктуации влагоотдачи элементарного слоя зерна в начальный и последующий периоды сушки в непрерывном режиме 94
4.3.2. Спектральный анализ флуктуации влагоотдачи элементарного слоя зерна в начальный и последующий периоды сушки
в непрерывном режиме. 95
4.4. Исследование процесса сушки элементарного слоя зерна в импульсном режиме 97
4.4.1. Определение временного ряда флуктуации влагоотдачи элементарного слоя зерна в импульсном режиме 91
4.4.2. Спектральные составляющие флуктуации влагоотдачи элементарного слоя зерна при сушке в импульсном режиме 99
4.5. Исследование процесса сушки элементарного слоя зерна в непрерывном и импульсном режимах 101
4.5.1. Определение временного ряда флуктуации влагоотдачи элементарного слоя зерна при сушке в непрерывном и импульсном режимах 101
4.5.2. Определение спектральных составляющих по временному ряду флуктуации влагоотдачи элементарного слоя зерна при сушке в непрерывном и импульсном режимах 109
4.6. Определение изменения влажности элементарного слоя зерна при сушке в непрерывном и импульсном режимах 117
4.7. Определение динамической размерности процесса влагоотдачи элементарного слоя зерна в непрерывном и импульсном режимах по временному ряду флуктуации изменения влажности зерна 118
4.7.1. Определение динамической размерности процесса влагоотдачи элементарного слоя зерна при сушке в непрерывном режиме по временному ряду флуктуации изменения влажности зерна 118
4.7.2. Определение динамической размерности процесса влагоотдачи элементарного слоя гранул силикагеля при сушке в непрерывном режиме по временному ряду флуктуации изменения влажности силикагеля 123
4.7.3. Определение динамической размерности процесса влагоотдачи элементарного слоя зерна при сушке в импульсном режиме по временному ряду флуктуации изменения влажности зерна 126
4.8. Определение эффективности процесса сушки зерна активным вентилированием в импульсном режиме 128
4.9. Анализ результатов натурного эксперимента и данных по математическому моделированию процесса сушки зерна активным вентилированием в импульсном режиме 131
Выводы 132
Глава 5. Техническая реализация и оценка экономической эффективности импульсного режима технологического процесса сушки зерна 136
5.1. Направления технической реализации процесса сушки зерна активным вентилированием в импульсном режиме 136
5.2 Информационно-управляющая система для реализации импульсного режима сушки зерна активным вентилированием 137
5.3 Оценка энергетической и экономической эффективности процесса сушки зерна активным вентилированием
в импульсном режиме 141
Заключение и общие выводы 147
Литература
- Сравнительная эффективность мер по энергосбережению
- Моделирование процесса сушки зерна активным вентилированием в импульсном режиме на основе класса моделей "реакция-диффузия"
- Методика определения спектральных составляющих по временному ряду флуктуации изменения влажности зерна
- Исследование процесса сушки элементарного слоя зерна в импульсном режиме
Сравнительная эффективность мер по энергосбережению
Для решения задачи сохранения количества и улучшения качества зерна используют различные мероприятия. Среди них важную роль играет сушка зерна активным вентилированием атмосферным подогретым или без подогрева воздухом. Активное вентилирование является эффективным средством предотвращения порчи зерна при временном и длительном его хранении.
Обширные исследования по теории процесса сушки представлены в работах А. В. Лыкова, А. С. Гинзбурга, В. И. Жидко, В. М. Дацковского и других авторов. Процесс сушки зерна и проблема энергосбережения рассматриваются в трудах В. И. Анискина, Л. П. Кормановского, И. Ф. Бородина, С. Д. Птицына, Г. С. Окуня, В. А. Рыбарука, Б. Е. Мельника, И. Э. Мильмана, И. И. Верцмана, В. С. Уколова, Л. В. Колесова, Г. Д. Рабиновича, Н. Л. Гирныка, В. А. Резчикова и других.
Исследования процесса активного вентилирования зерна и пути его совершенствования представлены в работах В. И. Анискина, А. С. Гинзбурга, В. А. Рыбарука, Б. Е. Мельника, Г. С. Окуня, И. Э. Мильмана, И. И. Верцмана, В. С. Уколова, В. Мальтри и других авторов [2, 3, 4, 10, 11, 18, 40].
Зерновая масса, засыпаемая в бункера, состоит из семян основной культуры и различных примесей. Она очень неустойчива при хранении. Ее состояние зависит от температуры, влажности и засоренности. С ростом величин всех этих факторов увеличивается интенсивность процесса дыхания зерновой массы, который является сложным биохимическим процессом. В процессе дыхания зерно потребляет кислород и выделяет углекислый газ, воду и тепловую энергию. Кроме этого зерновая масса поражается плесневыми грибками, микроорганизмами, и, если не принять необходимые меры, зерно теряет семенные и продовольственные качества. В соответствии с перечисленным в ходе послеуборочной обработки необходимо свести к минимуму дыхание зерновой массы без ухудшения качества зерна.
Таким образом, состояние хранения зерновой массы характеризуют интенсивность дыхания, температура и влажность. Температура и влажность могут характеризовать состояние зерновой массы только совместно. Чем выше температура и влажность, тем интенсивнее дыхание. Однако, рост интенсивности дыхания наблюдается лишь до определенных температур (50 С), после чего зерно снижает жизнеактивность и погибает. Зависимость интенсивности дыхания от температуры зерна при его различной влажности по данным ВНИИЗ приведена на рис. 1.1 [3 6].
Обеспечить состояние биохимического покоя и идеально сохранить качество зерна можно, если хранить сухие семена в герметически закрытой емкости при низкой температуре. На практике создать такие условия сложно и дорого. Сушка зерна является наиболее распространенным приемом консервации влажного зерна.
Перевод зерновой массы из состояния активной жизнедеятельности в состояние биохимического покоя производится за конечный интервал времени, который при активном вентилировании зерна может составлять несколько суток. Так же зерно может некоторое время находится в насыпи, не подвергаясь сушке, поэтому для расчета и организации процесса активного вентилирования требуется знание срока безопасного хранения зерна, обусловленного соответствующим сочетанием параметров среды и зерновой массы. Работа по определению длительности безопасного хранения зерновой массы была выполнена во ВНИИЗе [3,6]. I(WJd)
Длительность безопасного хранения тхр в сутках при различной влажности зерновой массы можно рассчитать по формуле (1.1): 117 (1.1) тх„ =32-1.7-W +— ХР 0 где W- относительная влажность зерна, %; G - температура зерна, С. В режиме сушки съем влаги может производиться как подогретым на 2-1С, так и атмосферным воздухом. Такой процесс сушки позволяет обеспечить "мягкие", низкотемпературные режимы. При этом удается избежать растрескивания зерен и ухудшения их семенных качеств. Кроме того, в 18 процессе вентилирования происходит послеуборочное дозревание семян и выравнивание влажности отдельных зерен, что не удается достигнуть в сушилках. Для получения конечной, кондиционной влажности семян необходимо, чтобы относительная влажность воздуха имела строго определенное значение, при котором не будет пересушивания и растрескивания зерен. Для достижения кондиционной влажности пшеницы WK = 14% требуемая относительная влажность воздуха фв = 65%. Характер протекания сушки в установках активного вентилирования сходен с процессом в зерносушилках, разница лишь в температуре сушильного агента. Поэтому скорость сушки при активном вентилировании значительно ниже, чем в зерносушилках, и составляет 1-3% влаги в сутки при непрерывном вентилировании и влажности воздуха 65%. 2
Моделирование процесса сушки зерна активным вентилированием в импульсном режиме на основе класса моделей "реакция-диффузия"
Развитие теории сушки происходило одновременно с созданием термодинамики необратимых процессов, экспериментальной ветвью которой и являются процессы сушки [14]. Синтез двух подходов: молекулярно-кинетического и термодинамического можно показать и осуществить на основании работ И.Р. Пригожина и др. [7, 8, 9]. В своих исследованиях они соединили достижения физики, химии, биологии. Молекулярная биология - один из примеров конвергенции наук. Понимание процессов, происходящих в биологических системах, требует взаимно дополняющего развития физики и биологии, первой - в направлении сложного, второй - простого [7]. Следовательно, появляется возможность представить зерно как биологическую систему и использовать в исследованиях процесса сушки достижения физики и химии.
В соответствии с термодинамическим подходом процесс сушки зерна активным вентилированием представляет собой изменение градиентов температуры и концентраций влаги зерновой массы под воздействием потоков вещества и энергии или агента сушки - подогретого воздуха.
Термодинамику можно разделить на три области: в первой, равновесной, потоки вещества и энергии, градиенты температуры и концентрации, а также производство энтропии равны нулю; во второй, слабо неравновесной области, где термодинамические силы (градиенты температуры и концентраций) "слабы", потоки линейно зависят от сил, в третьей, сильно неравновесной или нелинейной, потоки являются сложными функциями сил. Для интенсификации процесса сушки энергетическое воздействие на зерновую массу необходимо увеличивать, следовательно, рассматривать процесс сушки зерновой массы как термодинамическую систему необходимо в рамках неравновесной термодинамики.
Как отмечают И.Р. Пригожий и Г. Николис: "Мы начали изучение удаленных от равновесия систем, которые, однако, по-прежнему можно было бы описывать макроскопическими, термодинамическими переменными" [7]. Им удалось экстраполировать в неравновесную область, где проявляются нелинейные свойства системы, те классические результаты, которые известны в рамках линейной термодинамики. Переход к неравновесным условиям приводит к появлению качественно новых типов решений, названных авторами "диссипативными структурами", которые поддерживаются за счет потоков вещества и энергии, в нашем случае за счет продувания зерновой массы подогретым воздухом и отдачи влаги зерном. Целью их исследований служит изучение явлений самоорганизации в химических, физических и биологических системах.
Применительно к проблеме активного вентилирования зерна это можно интерпретировать следующим образом: свежеубранные недостаточно вызревшие семена вентилируют для ускорения процесса послеуборочного дозревания и повышения энергии проростання и всхожести. Свежеубранные семена имеют одну структуру, а дозревшие и высохшие другую. Этот переход осуществляется через неравновесное состояние зерновой массы, то есть, собственно, активное вентилирование. Зерно в период активного вентилирования можно рассматривать как диссипативную структуру. Переход между состояниями отнесем за счет флуктуации (изменения) влажности зерновой массы, в которой биохимические превращения с участием воды подчиняются нелинейной кинетике, процессы диффузии влаги приводят к иной пространственной организации и в целом неравновесные условия состояния зерновой массы приводят к процессу самоорганизации, то есть переходу к качественно новому биохимическому состоянию - консервации.
Исследование процесса сушки зерна активным вентилированием, как в непрерывном так и в прерывистом или импульсном режимах, может быть осуществлено и интерпретировано в соответствии с методологическим подходом, предложенным в теории самоорганизации, в понятиях и с использованием формального математического аппарата, для термодинамического макроописания неравновесного состояния диссипативнои нелинейной системы: "от диссипативных структур к упорядоченности через флуктуации" [7].
Проблема возникновения упорядоченности или самоорганизации, перехода к новому состоянию в однородных открытых системах, обменивающихся с окружающей средой веществом и энергией, представляет общенаучный интерес. В химии и особенно в биологии диссипативные структуры играют особую и значительную роль. Адекватный математический аппарат для описания колебаний в распределенных системах, где наряду с химическими (биохимическими) превращениями существенны процессы диффузии, представлен в работах отечественных и зарубежных авторов [7, 24, 27]. Для биологической системы - зерновой массы в процессе сушки: биологическая организация подразумевает последовательность структур и функций возрастающей сложности и иерархического характера. Проблема связи молекулярного и надмолекулярного, клеточного и надклеточного уровней, а также переходов между ними не только поддается формулированию, но в некоторых случаях может быть и решена предлагаемыми методами [7]. Между "химией", изучаемой в молекулярной биологии и "пространственно-временной структурой", определяемой математическими свойствами кинетических уравнений при выполнении различных условий, существует глубокая связь. Именно эта связь между химией, термодинамикой и математикой важна при изучении проблемы самоорганизации. Диссипативные структуры играют существенную роль в функционировании биологических систем, их структурной устойчивости. При наличии флуктуации, возникающие неустойчивости приводят к новым типам структуры и функции термодинамической системы. Иными словами, ни одна система (зерновая масса в процессе сушки) не является структурно устойчивой, причем эволюция диссипативной структуры определяется последовательностью событий в соответствии со схемой на рис 2.1.
Убранное и обмолоченное зерно функционально находится в активном состоянии. В насыпи без вентилирования при превышении допустимого срока хранения, зависящего от температуры и влажности зерновой массы, оно проростает. Дальнейшее функционирование зерна как биологической системы возможно лишь в неравновесных условиях, то есть при наличии потоков вещества и энергии между зерном и окружающей средой. Другими словами, такую биологическую систему можно рассматривать как диссипативную структуру. В отсутствии необходимых для жизнедеятельности флуктуации температуры и влажности зерно саморазогревается и погибает.
"Сейчас физика имеет дело с исследованием сложных ситуаций, далеких от идеализации, описываемых равновесной термодинамикой, а молекулярная биология добилась больших успехов в установлении связи живых структур с относительно небольшим числом основных биомолекул. Тем самым молекулярная биология установила на микроскопическом уровне основы тех
Методика определения спектральных составляющих по временному ряду флуктуации изменения влажности зерна
Введем следующее векторное обозначение: пусть Xt обозначает точку фазового пространства с координатами: {X0(ti), ..., Х0(Ь+(п -1)т)}.
Таким образом устанавливается начало отсчета Х{ для всех имеющихся данных, и можно вычислить расстояние от этой точки до остающихся (N - 1) точек: \Xi Xj . Это позволяет подсчитать число точек в фазовом пространстве, не превышающее некоторую заданную величину г. Повторяя этот процесс для всех значений г, можно вычислить интегральную корреляционную функцию фазовой траектории как фрактала: 1 N N I , л С(г) = - Е 1Фг-Ьг,-Ху), (3.10) где Ф(х) - функция Хевисайда; Ф(х) = 0 при х 0, Ф(х) = 1 при х 0. Функция С(г) является мерой влияния точки Xj на положение других точек. Зафиксируем некоторое малое є и воспользуемся им в качестве своеобразного метра для зондирования структуры фрактала. Если последний представляет собой линию, то число пробных точек, расстояние от которых до заданной точки не превышает г, должно быть пропорционально (r/є). Если фрактал представляет собой поверхность, то число таких точек должно быть пропорционально (г/&)2. В более общем случае, если фрактал представляет собой й?-мерное многообразие, то число точек d должно быть пропорционально (rlzf. Поэтому можно ожидать, что при сравнительно малых г функция С{г) должна изменяться следующим образом: С{г) = /. Иными словами, размерность фрактала d дается наклоном зависимости 1п(С(г)) от 1п(г) в определенном диапазоне г: ln(C(r)) = d 1п(г). (3.11) Из этих результатов вытекает следующий алгоритм: 1. Исходя из данной временной последовательности (WF,) построить корреляционную функцию (3.10), рассматривая последовательно возрастающие значения размерности фазового пространства п. 2. Получить наклон d согласно (3.11) и посмотреть, как этот результат изменяется при возрастании п. 3. Если величина d в зависимости от п выходит на плато выше некоторого относительно небольшого п, то представленная данной временной
последовательностью система имеет хаотическую динамику. Вышедшую на насыщение величину d следует рассматривать как фрактальную размерность, вычисленную по временной последовательности. Значение п, выше которого наблюдается насыщение, представляет собой минимальное число переменных, необходимых для моделирования поведения данной системы. При обработке последовательности данных, представляющих реализацию случайного процесса (шума), d будет последовательно возрастать при увеличении п и не достигнет насыщения [8, 24].
Методика эксперимента с силикагелем аналогична описанной для зерна в п. 3.3. Укажем на отличия в экспериментах.
Силикагель прокаливается, а затем увлажняется до массовой доли влаги WS = 22% и выстаивается в герметичной таре. Навеска силикагеля составляет около 400 г. Гранулы, имеющие примерно те же геометрические размеры, что и зерна пшеницы равномерно, элементарным слоем, распределяются по сетке. Интенсивность теплового потока и время сушки те же, что и в опытах с пшеницей.
Определение динамических характеристик процесса сушки силикагеля осуществляется так как написано В пп. 3.3.-3.5.
Экспериментальное определение эффективности проводились на собранной лабораторной установке в состав которой входят следующие основные компоненты: 1. Влагомер зерновых культур электронно-цифровой, имеющий для зерна пшеницы диапазон измерения массовой доли влаги 7-35% и максимальную абсолютную погрешность 2%. 2. Лабораторные электронные цифровые весы ВЛ-3134М со следующими основными характеристиками: предел взвешивания - 500 г; дискретность отсчета - 5 мг; пределы допускаемой погрешности взвешивания - 20 мг. 3. Два реле времени ВЛ-26У4 с выдержкой времени от 0 до 20 с и максимальным множителем равным 60 (0-20 мин). Реле имеет по две пары нормально замкнутых и нормально разомкнутых контактов. 4. Нагревательный элемент состоящий из двух резисторов ПЭВР-20 номиналом 12 Ом. 5. Центробежный вентилятор марки АВ50/2ТП с электродвигателем мощностью 50 Вт и подачей воздуха 200 м3/ч. 6. Рабочая камера для активного вентилирования зерна. Установка показана на рис. 3.2. Рабочая камера 1 геометрически представляет собой плоский сектор высотой 300 мм, толщиной 60 мм и центральным углом 45. При изготовлении рабочей камеры использованы рекомендации ВИМ приведенные В. И. Анискиным и В. А. Рыбаруком при описании лабораторной установки в [3]. Боковые стенки камеры изготовлены из диэлектрического материала, поэтому камера является плоским конденсатором с емкостью 10 пФ (без зерна). Это позволяет, подсоединив металлические стенки высокочастотным кабелем к электронному влагомеру 2 вместо его измерительного конденсатора той же емкости, осуществлять измерение среднеинтегральной влажности зерновой массы в процессе сушки активным вентилированием. Для нагнетания агента сушки применен центробежный вентилятор 3. Нагревательные элементы установлены в раструбе вентилятора. Рабочая камера крепится к раструбу вентилятора с помощью переходных диэлектрических пластин.
Зерно подлежащее сушке перед загрузкой в рабочую камеру взвешивается на электронных весах ВЛ-3134М. Разгрузка камеры после сушки зерна осуществляется послойно объемами около 300 мл. Влажность каждой партии измеряется влагомером и взвешивается. Это позволяет оценить неравномерность влажности высушенной зерновой массы по высоте рабочей камеры и измерить полный влагосъем.
3.8. Методика определения эффективности процесса сушки "толстого" слоя зерна активным вентилированием в импульсном режиме по сравнению с непрерывным.
Зерно с одинаковой начальной влажностью WH высушивается до кондиционной Wn (контроль по влагомеру) последовательно в непрерывном и импульсном режимах. Время вентилирования зерновой массы в непрерывном режиме Гнепр будет меньше, чем время Гимп. в импульсном режиме
Исследование процесса сушки элементарного слоя зерна в импульсном режиме
На рис. 4.27. представлено семейство графиков логарифмов корреляционных показателей из которых видно, что с увеличением п наклон логарифма корреляционной функции в зависимости от логарифма г возрастает. Для определения тангенса угла наклона графиков выбираем по рекомендациям [24, 29] участки кривых 1п(С(г)), близкие к линейным. Затем на выбранных участках кривых по их числовым значениям осуществляем линейную регрессию, тангенсы углов наклона апроксимирующих прямых и являются значениями динамической (фрактальной) размерности (см. рис. 4.28.).
Начиная с п = 6 значение d(ri) не превосходит величины 4, поэтому при вычислении размерности d{ri) можно ограничиться максимальным значением размерности пространства вложения п = 7 как показано на рис. 4.28.
Определение динамической размерности процесса влагоотдачи элементарного слоя гранул силикагеля при сушке в непрерывном режиме по временному ряду флуктуации изменения влажности силикагеля
Аналогичную процедуру вычисления размерности динамического процесса влагоотдачи при сушке проведем для гранул силикагеля как физического пористого объекта, используемого в качестве модели зерна пшеницы в теоретических исследованиях по сушке. На рис. 4.30. показаны графики: флуктуации процесса влагоотдачи гранул силикагеля SFt при сушке и автокорреляционной функции CORS, этого процесса.
Далее из графика автокорреляционной функции CORSt видно, что минимальное значение CORSt имеет при Т,= 7 мин. На основании этого и в соответствии сп. 3.5. выбираем величину временного сдвига между фазовыми координатами т= 7 мин. Произведем расчеты корреляционного показателя С(г) по формуле (3.11) при изменении г от 0,01 до 0,5 и величине т = 1 мин. Размерность пространства вложения п фазовой траектории задаем в интервале от 2 до 7. Соответствующие графики зависимости логарифма корреляционной функции С(г) от логарифма г показаны на рис. 4.31. Величину d(n) определяем так же, как в п. 4.7.1. График изменения d(ri) при увеличении размерности пространства вложения п фазовой траектории динамического процесса сушки (флуктуации влагоотдачи) силикагеля показан нарис. 4.32.
Логарифмы корреляционных показателей С(г, п) флуктуации влагоотдачи силикагеля при его сушке в непрерывном режиме, п = 2... 7. Размерность din) динамического процесса влагоотдачи силикагеля при его сушке в непрерывном режиме. Величина размерности d не превосходит 2, что характеризует динамический процесс влагоотдачи при сушке силикате ля как более упорядоченный, по сравнению с процессом сушки зерна в непрерывном режиме. Определение динамической размерности процесса влагоотдачи элементарного слоя зерна в импульсном режиме по временному ряду флуктуации изменения влажности зерна На рис. 4.33. показаны графики: флуктуации влагоотдачи зерна WIFi при сушке в импульсном режиме с периодом теплового воздействия 12 мин. (см. рис. 4.10.) и автокорреляционная функция СОЛ/, этого процесса. В п. 3.5. и п. 4.7.1. приведены рекомендации по выбору величины временного сдвига г между фазовыми координатами, для вычисления корреляционного показателя С(г). При исследовании временного ряда флуктуации влагоотдачи зерна при сушке в импульсном режиме WIF, выбор х осуществляем на основании значений автокорреляционной функции CORIt. Автокорреляционная функция CORIl имеет периодический характер, поэтому выбираем величину временного сдвига г = 4 мин., что меньше длительности половины периода теплового воздействия.
Произведем расчеты корреляционного показателя С(г) по формуле (3.11) при изменении г от 0,01 до 0,5 и величине х— 4 мин. Размерность пространства вложения п фазовой траектории задаем в интервале от 2 до 7. Соответствующие графики зависимости логарифма корреляционного показателя С(г) от логарифма г показаны на рис. 4.34. Величина d, в соответствии с (3.11) равна тангенсу угла наклона кривой 1п(С(г)) на ее линейном участке.
В непрерывном режиме сушки (Mi,2. При импульсной сушке с периодом теплового воздействия 16 мин. величина динамической размерности d=2,7. Различие величин d позволяет сделать вывод о том, что в импульсном режиме сушки процесс влагоотдачи становится более упорядоченным. Величина d является оценкой снизу числа параметров порядка динамической системы, следовательно процесс сушки зерна в импульсном режиме может моделироваться системой из трех обыкновенных дифференциальных уравнений, одно из которых, как минимум, должно быть нелинейным.
Совокупной характеристикой эффективности использования ресурсов при сушке зерна до кондиционной влажности служат энергетические затраты.
Технологический эффект импульсной сушки зерна активным вентилированием с точки зрения энергосбережения и обеспечения лучшего качества высушиваемого материала достигается за счет наиболее полного учета особенностей процесса обезвоживания зерна при тепловой сушке: на начальном этапе сушки съем 3-4% влаги происходит за счет удаления поверхностной влаги; пересыхание поверхностных слоев зерновок ведет к повышению затрат тепловой энергии. Под влиянием перепада влагосодержания по сечению зерна происходит диффузия влаги в направлении более сухой поверхности, далее выход влаги в межзерновое пространство. Этот процесс идет и в отсутствии теплового воздействия, то есть при отлежке.
Указанные особенности использованы при разработке импульсной сушки, предусматривающей чередование подачи агента сушки в бункер активного вентилирования и отлежки для изменения динамики процесса влагоотдачи и снижения энергетических затрат. Импульсная сушка зерна активным вентилированием является более продолжительным, но менее энергоемким процессом.
Периодичность режима сушки зерна активным вентилированием с максимальной экономией энергии определена в ходе экспериментальных исследований процесса низкотемпературной сушки зерна при различных периодах теплового воздействия. Также установлено, что импульсное тепловое воздействие с оптимальным периодом стимулирует процесс отдачи влаги зерном.
Таким образом, в ходе проведенных исследований выявлены биофизические закономерности влагоотдачи зерна в непрерывном и импульсном режиме, учет которых позволяет снизить затраты энергии на сушку зерна при реализации импульсного режима.
