Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние проблемы и задачи исследования 9
1.1 Технология сушки зерна в шахтных зерносушилках 9
1.2 Методы оптимизации процесса сушки 16
1.3 Обзор исследований системы распределения' теплоносителя 22
1.4 Постановка цели и задач научного исследования 28
2 Моделирование течения газа в сушильном пространстве шахтной зерносушилки 30
2.1 Модель функционирования шахтной зерносушилки и постановка задачи оптимизации процесса сушки 30
2.2 Математическое и физическое моделирование течения газа 37
2.3 Обоснование метода выравнивания условий сушки в шахтной зерносушилке 46
2.3.1 Возможности решения задачи выравниванием поля разности давлений 47
2.3.2 Возможности решения задачи изменением сопротивления зернового слоя 49
2.4 Методика расчета геометрических параметров перфорации распределительных коробов 51
3 Методика экспериментальных исследований течения теплоносителя 54
3.1 Задачи и программа экспериментальных исследований 54
3.2 Экспериментальные установки и методика исследований 56
3.2.1 Технологическая схема экспериментальной установки для исследования течения газа 56
3.2.2 Методика и устройство для измерения скорости газа в подвижном зерновом слое 60
3.2.3 Методика проведения экспериментов и обработки информации 64
4 Результаты экспериментальных исследований системы распределения теплоносителя 72
4.1 Исследование поля скорости теплоносителя в сушильном пространстве 72
4.2 Исследование поля температуры и влажности зерна в сушильном пространстве 80
4.3 Расчет геометрических характеристик перфорации распределительных коробов 82
5 Совершенствование системы распределения теплоносителя и ее эффективность 84
5.1 Результаты испытания шахтной зерносушилки с усовершенствованной системой распределения теплоносителя 84
5.1.1 Испытание средств уменьшения зоны пониэюенной фильтрации газа в сушильном пространстве 84
5.1.2 Испытание системы распределения теплоносителя с перфорированными коробами 86
5.1.3 Испытание сушилки с усовершенствованной системой распределения теплоносителя в условиях производства 94
5.2 Экономическая эффективность реализации усовершенствованной системы распределения теплоносителя г. 98
Основные выводы и рекомендации 104
Список литературы 107
Приложения 128
- Технология сушки зерна в шахтных зерносушилках
- Модель функционирования шахтной зерносушилки и постановка задачи оптимизации процесса сушки
- Технологическая схема экспериментальной установки для исследования течения газа
- Исследование поля скорости теплоносителя в сушильном пространстве
Введение к работе
В 2005...2008 гг. производство зерна в России вышло на рубеж 78... 107 млн. тонн. Уборка и обработка такого количества продукции с минимальными затратами требует переоснащения материально-технической базы на основе новых научных и технологических решений.
В комплексе работ по послеуборочной обработке зерновых культур конвективная сушка является одной из наиболее ответственных, трудоёмких и энергоёмких операций. Поэтому не случайно, что попытки, заменить сушку другими способами сохранения урожая, многочисленны и в этом направлении достигнут значительный прогресс. Тем не менее, на ближайшую перспективу сушка остается основным технологическим приемом подготовки зерна к хранению.
Учитывая значительные объемы производства зерна, обращение к проблеме совершенствования его конвективной сушки имеет важное народнохозяйственное значение, так как снижение трудовых и энергетических затрат уменьшает его себестоимость, а правильно выполненная сушка - повышает качественные показатели.
Производительность сушилок, в конечном счете, определяет производительность поточных линий послеуборочной обработки зерна, поэтому повышение эффективности их функционирования оптимизирует работу и состав всей линии. Однако анализ функционирования современных зерносушильных агрегатов показывает, что в условиях сельскохозяйственного производства они обеспечивают низкое качество выполнения рабочего процесса. Особенности эксплуатации, внутренней структуры и низкое качество изготовления отдельных рабочих органов обусловливают значительную неравномерность нагрева и сушки зерна в сушильных камерах. Низкая надежность контроля и отсутствие автоматического регулирования основных переменных состояния процесса сушки обусловливает применение пониженных тепловых, режимов и влечет уменьшение производительности оборудования, увеличение затрат труда и энергии. Это сдерживает технический прогресс в послеуборочной обработке зерна и подтверждает актуальность выполнения исследований, направленных на решение указанных задач.
Интенсификация сушки, обеспечение более равномерных условий её протекания являются одним из резервов увеличения производительности сушильного оборудования, уменьшения удельных затрат труда и энергии на её осуществление.
В связи с этим настоящее исследование посвящено совершенствованию технологии и рабочих органов зерновых сушилок, решающих задачу выравнивания условий сушки и ее интенсификации.
Диссертационная работа выполнена в Новгородском государственном университете имени Ярослава Мудрого в период с 2007 по 2009 гг.
Направление исследований соответствует «Программе фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской федерации на 2006-2010 гг.» и ее разделу «09.01. Разработать конкурентоспособные наукоемкие машинные -технологии и технику нового поколения для производства сельскохозяйственной продукции».
Диссертационная работа выполнена в соответствии государственными контрактами № 5171р/7465 от 01.06.2007 г. и 6254р/8844 от 12.12.08 о выполнении НИОКР по теме «Разработка системы распределения теплоносителя для зерновых сушилок шахтного типа», заключенными Новгородским государст-венным университетом им. Ярослава Мудрого с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере Министерства образования и науки РФ.
Цель исследования: повышение эффективности функционирования зерновых сушилок шахтного типа путем совершенствования системы распределения теплоносителя.
Объекты исследований: шахтные зерносушилки, система распределения теплоносителя, процессы их функционирования.
I Методика исследований: в исследовании использовались методы теории вероятностей и математической статистики, гидродинамики и теории потенциалов, теории эксперимента, физического и математического моделирования.
Экспериментальные исследования выполнялись на физических моделях, натурных образцах и в условиях производства. Математическое моделирование реализовали в среде специализированного математического пакета Мар1е-6. При физическом моделировании течения теплоносителя применялись методы электро- и гидродинамической аналогий. Результаты экспериментов обрабатывались методами математической статистики в среде специализированного пакета по статистическому анализу и обработке данных STATISTICA. Физико-механические свойства семян и показатели их качества определялись в соответствии с существующими государственными стандартами.
Научную новизну составляют:
- способы равномерного распределения теплоносителя в камере сушки и уточненная методика расчета технических средств (рабочих органов) для их реализации.
Практическую ценность имеют:
- технологические и технические решения, усовершенствующие систему распределения теплоносителя в зерновых сушилках шахтного типа.
Реализация результатов исследования. Предложения по усовершенствованию технологии сушки и системы распределения теплоносителя в шахтных зерносушилках используются в практической работе организациями, выпол-няющими проектирование и изготовление сушильных агрегатов: ЗАО «СКБ по сушилкам «Брянсксельмаш» (г. Брянск) и ЗАО «Агропромтехника» (г. Киров).
Результаты работы используются в научной и учебной работе в Новгородском государственном университете им. Ярослава Мудрого.
Достоверность основных выводов и рекомендаций подтверждена результатами теоретических исследований на физических и математических моделях, а также экспериментальными исследованиями, выполненными в лабораторных и производственных условиях с использованием современных компьютерных методик исследований и методов обработки информации. Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены: на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского ГАУ в 2008...2009 гг.; Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого в 2005...2009 гг.; конференциях политехнического симпозиума «Молодые ученые - промышленности Северо-Западного региона» Санкт-Петербургского государственного политехнического универси-тета в 2005 и 2008 гг.; 7-й, 8-й и 9-й Международной конференции «Актуальные проблемы современной науки» (г. Самара) в 2006...2008 гг.; ХХ-й Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-20» (г. Ярославль) в 2007 г.; Всероссийской очно-заочной научно-практической и научно-методической конференции, посвященной 55-летию КрасГАУ «Инновации в науке и образовании: опыт, проблемы, перспективы развития» (г. Красноярск) в 2007 г.; Всероссийском форуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах» (г. Санкт-Петербург) в 2007 г.
Работа участвовала в конкурсах и получила: дипломы III степени на выставках научно-технического творчества г. Великий Новгород в 2006 и 2007 гг.; медаль Министерства образования и науки РФ «За лучшую, научную работу» в 2007 г.; стала победителем конкурса УМНИК в 2007 г. (Приложение В).
Публикации. Научные результаты диссертации опубликованы в 12 научных работах; 9 работ помещены в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования результатов кандидатских диссертаций, включая две статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и положительное решение на изобретение.
На защиту выносятся:
- технологические решения по усовершенствованию технологии сушки зерна и технические решения по усовершенствованию системы распределения теплоносителя в шахтных зерносушилках.
Технология сушки зерна в шахтных зерносушилках
В увлажненных зонах РФ в период уборки зерновых на пункты послеуборочной обработки поступает зерновой ворох, как правило, повышенной влажности, которая может достигать 30% и более [67, 77, 112, 131, 165, 166, 221]. Из-за опасности быстрого самосогревания храгіить такой ворох без специальной обработки практически невозможно [11].
Основным, технологическим приемом обработки влажного вороха, обеспечивающим его длительное и безопасное хранение, является конвективная сушка. На современном этапе её рассматривают не только как процесс обезвоживания, но и как процесс возможного улучшения качественных показателей зерна. При благоприятных тепловых режимах у семенного зерна ускоряется послеуборочное дозревание [56, 155, 189], у продовольственного - улучшаются хлебопекарные и другие качества [81, 132]. . В хозяйствах увлажненных зон РФ применяют поточную и циклическую технологии послеуборочной обработки зернового вороха [6, 51, 56, 102, 112, 115, 131, 143, 175, 204, 215, 216, 220]. В поточных линиях, зерноочисти-тельно-сушильных комплексах (серии КЗС) используют сушилки непрерывного действия, в качестве базовых вариантов которых применяют сушилки шахтного и барабанного типов [7, 49, 50, 77, 86, 121, 195, 202, 207, 215].
В настоящее время для организации поточной обработки в составе комплексов или отдельными агрегатами в хозяйства поставляются шахтные сушилки серии С-5, -10, -20, -30, -40 (ЗАО «Агропромтехника», г. Киров), спроектированные по лицензии фирмы «Сеттинг» (Югославия), серии СЗ-6М, -10, -16 (ОАО «Сад» Новосибирская область), серии СоСС-2, -4, -6, -8 (НТЦ «Семена Прикамья» Пермская область), серии СП-50, -100 (ООО «ОКБ по теплогенераторам» Брянская область) и барабанные серии СЗБ-10 (ЗАО «СКБ по сушилкам «Брянсксельмаш») [8, 10, 17, 18, 67, 103, 212].
В хозяйства стали поступать рециркуляционные зерносушилки серии Р (Р1-СЖ-10, P1-CT-10 российско-германского производства. Однако стоимость рециркуляционных сушилок по сравнению с шахтными на 20-60% выше из-за сложности их конструкции [66].
В последние годы широкое применение получили сушилки колонкового типа серии СЗТ-2,5, -5, -8, -12, -16, -25 (ООО «ОКБ по теплогенераторам» Брянская область); бункерного типа серии СБВС-5, колонковые серии СК-2,5, -5, -20, карусельные серии СЗК-8 (ЗАО «СКБ по сушилкам «Брянсксель-маш») и СКУ-10 (ОАО «Тверьсельмаш»); конвейерные серии УСК-4, -8, -16 (ООО «Посейдон» г. Москва) [18, 67, 103, 212]. Их используют для организации поточной или циклической обработки зернового вороха высокой влажности.
В современных сушилках реализован ряд прогрессивных технологических приемов, обеспечивающих улучшение качества сушки и снижение затрат тепловой энергии [10, 172, 216]. Предусмотрена рециркуляция части отработанного теплоносителя и охлаждающего воздуха, инвертирование (пе-ремешивание) зерновых потоков и изменение направления продувки зернового слоя, в сушилках серии С в камере сушки установлены вертикальные непроницаемые перегородки, обеспечивающие улучшение равномерности1 течения зерна и распределения теплоносителя. В последние годы сушилки агрегатируют с топочным блоком без теплообменника серии МТУ, обеспечивающим качественное сжигание топлива [55].
Теплогенераторы современных сушилок работают ні жидком топливе и газе, снабжены системой автоматического розжига и контроля пламени в топке, обеспечивают автоматическую стабилизацию температуры теплоносителя [18, 67, 103, 212].
В эксплуатации находится большое количество шахтных сушилок выпускавшихся ранее: серии СЗШ (СЗШ-8, СЗШ-16, СЗШ-16Р, СЗШ-16А, СЗШ-40), серии СЗС (СЗС-8), серии МІ(М-819, М-839 польского производства), серии Т (Т-662, Т-663 германского производства), серии ДСП (ДСП-320Т, ДСП-50 производства Украины) и передвижных ЗСПЖ-8, КЧ-УСА.
Для организации циклической технологии обработки зернового вороха, его временного или постоянного хранения в хозяйства поставляют бункеры активного вентилирования БВ-30, БВ-40А и отделения вентилируемых бункеров ОБВ-160 (ЗАО «СКБ по сушилкам «Брянсксельмаш») [9].
Используют большое количество малопроизводительных самодельных сушилок периодического действия: ромбических, треугольных, напольных и др. Такие сушилки имеют низкие технико-экономические цоказатели, почти в 2 раза больший удельный расход топлива, чем на типовых сушилках непрерывного действия. Однако их применение оправдано возможностью сушки небольших партий семенного зерна высокой влажности [73, 112, 133].
Большинство перечисленных сушилок по своим технико-экономическим показателям уступает шахтным. Так в колонковых, конвейерных, бункерных и карусельных сушилках сушка долгое время протекает в неперемешиваемом слое без смены направления продувки теплоносителем. Это обусловливает необходимость применения пониясенных температур теплоносителя во избежание перегрева зерна и приводит к снижению интенсивности сушки, повышению затрат энергии и увеличению габаритов сушилок.
В барабанных сушилках вследствие применения высоких температур теплоносителя нередко снижаются качественные показатели семян даже при рекомендованных режимах [54, 161, 164, 206, 215]. Тем не менее, сушилки удобны тем, что в них можно сушить ворох любой начальной влажности и засоренности. В них достигается наиболее равномерная сушка за счет непрерывного интенсивного перемешивания обрабатываемого материала [228].
Важным критерием оценки эффективности сушильных агрегатов является интенсивность протекания технологического процесса. В шахтных сушилках нужную интенсивность обеспечивают выбором двух управляемых величин - температуры теплоносителя и производительности выпускного аппарата (экспозиции сушки). Однако интенсивность сушки ограничена необходимостью сохранения качественных показателей зернового материала. Эти качества регламентируют стандартами на семена и продовольственное зерно [127, 132, 159, 187]. Выполнение этих требований накладывает ограничения на режимы обработки зерна в сушилках. Основным препятствием, ограничивающим интенсивность сушки, яв ляется термоустойчивость зерна. Её характеризуют максимальной темпера турой нагрева, при которой не наступает денатурация белкового комплекса зерновки и, следовательно, обеспечивается сохранение её качественных по казателей [132]. _ , Степень денатурации белков - сложная функция температуры зерна, его влажности, времени нагрева и природы белка. Наиболее чувствителен к нагреву зародыш, менее - эндосперм. В связи с этим, при,сушке семенного зерна применяют более мягкие режимы, чем при сушке продовольственного [215].
Модель функционирования шахтной зерносушилки и постановка задачи оптимизации процесса сушки
Оценить эффективность работы сушилок молено по их производитель ности, показателям качества обрабатываемого материала, затратам энергии на обработку, продолжительности пребывания контролируемого параметра в поле агротехнического допуска и др. [14, 42, 52, 53, 89, 92, 96, 97, 107, 126, 130, 139, 150, 151, 156, 170]. Часто в качестве критерия эффективности ис пользуют себестоимость сушки условной единицы продукта [89, 111, 169, 197]. Это наиболее общий критерий и служит показателем экономической эффективности процесса, так как включает в себя как постоянные (амортиза ция оборудования), так и переменные затраты (труда, энергии и т.п.). Опти мизация процесса по экономическому критерию должна отвечать минималь ной себестоимости сушки, которая обеспечивается её максимальной интен сивностью и минимальными затратами энергии при сохранении качествен ных показателей зерна. В одновременности выполнения указанных требований нет противоре чия, так как в [52, 111, 169] показано, что с повышением температуры тепло носителя возрастает не только производительность сушилок, но и сокраща ются удельные затраты энергии на сушку. Этим обоснована экономическая целесообразность проведения процесса с максимальной интенсивностью, то есть с предельно допустимым нагревом зерна и теплоносителя. В связи с этим, в ряде работ [24, 42, 60, 89, 90, 92, 146, 147, 197] предлагают для оцен ки эффективности сушки использовать не экономический, а технологический критерий - производительность сушилки G. Валено отметить, что оптимизация режимов сушки по производительности, не противоречит задачам оптимизации зерноочистительно-сушильного комплекса в целом [42, 89, 90, 92, 101, 146, 176], что подтверждает правильность его выбора.
Функционирование сушилки как динамической системы можно рас-сматривать как реакцию на внешние возмущающие и управляющие воздействия [42, 89, 97, 101, 150, 156]. При этом дополнительно необходимо учитывать особенности её внутренней структуры и возможное многообразие, технологических приемов организации процесса сушки. Таким образом, сушильная камера может быть представлена в виде динамической системы с оператором А (рис. 2.1).
К группе факторов F, оказывающих возмущающее воздействие, можно отнести изменение параметров зернового вороха, поступающего в сушилку (влажность, засоренность, температура и характеристики культуры обраба-тываемого зерна), изменение параметров окружающей среды (теплосодержание, влагосодержание и барометрическое давление наружного воздуха) и, связанные с этим, колебания влажности и температуры поступающего в сушильную камеру теплоносителя. Однако перечисленные факторы оказывают различное влияние на процесс сушки. В [42, 156, 157, 162] методами моделирования и экспериментально подтверждено, что начальная температура зерна не оказывает существенного влияния на процесс сушки зерна, ее влияние заметно только в начальной (верхней) части камеры сушки, составляющей приблизительно 0,25 ее высоты.
В [139] установлено, что возможные в производственных условиях колебания засоренности зерна, влажности и барометрического давления наружного воздуха, влажности теплоносителя не оказывают существенного влияния на температуру и влажность зерна в сушильной камере. Поэтому их влиянием можно пренебречь и отнести к шумам объекта. Колебания темпе-ратуры теплоносителя (вызванные колебаниями температуры наружного воздуха и другими причинами) оказывают влияние на показатели сушки [89, 101, 146], но, учитывая, что современные сушилки оснащают системами стабилизации температуры теплоносителя, указанный фактор целесообразно перевести в группу факторов U.
Для учета в модели характеристик культуры обрабатываемого зерна (теплоемкость, плотность, гранулометрический состав, скважность и др.) исследования целесообразно осуществить отдельно для каждой культуры.
Таким образом, в группе факторов F, оказывающих наиболее сильное
влияние на протекание процесса сушки, можно оставить только начальную
влажность зернового вороха Wo(i), поступающего на сушку [27, 101, 111, 146, 185, 200]. Следует учесть, что переменная W0(f) имеет стохастический характер изменения в течение времени [21, 23, 25, 76, 104, 112, 130, 139, 222], поэтому оценки качества и критерии эффективности процесса сушки (вектор функция Y, рис. 2.1) должны быть построены с учетом вероятностной приро-ды их изменения. Таким образом, вектор- функция возмущающих воздействий записана в виде F= V0(t)}.
Вектор-функция управляющих воздействий U включает следующие компоненты: температуру ,x), влагосодержание До&х) и скорость движения Vj{l,x) теплоносителя в слое зерна, экспозицию сушки т(/), определяемую скоростью перемещения зерна по камере сушки з . Диапазон температур теплоносителя QT0(t,x) широкий и зависит от на значения и типа обрабатываемого зерна. Зависимость 9у0(/,.х) от времени t нежелательна, поэтому в системах, снабженных регуляторами температуры, она практически исключена. Зависимость &T0(t,x) от пространственной ко ординаты х имеет большое значение для построения оптимальных режимов сушки. Влагосодержание теплоносителя До(і,х) в шахтных зерносушилках не регулируют [171, 189], но этот параметр может оказывать существенное влияние на сушку при организации его частичной рециркуляции.
Технологическая схема экспериментальной установки для исследования течения газа
В [42, 156, 157, 162] методами моделирования и экспериментально подтверждено, что начальная температура зерна не оказывает существенного влияния на процесс сушки зерна, ее влияние заметно только в начальной (верхней) части камеры сушки, составляющей приблизительно 0,25 ее высоты.
В [139] установлено, что возможные в производственных условиях колебания засоренности зерна, влажности и барометрического давления наружного воздуха, влажности теплоносителя не оказывают существенного влияния на температуру и влажность зерна в сушильной камере. Поэтому их влиянием можно пренебречь и отнести к шумам объекта. Колебания темпе-ратуры теплоносителя (вызванные колебаниями температуры наружного воздуха и другими причинами) оказывают влияние на показатели сушки [89, 101, 146], но, учитывая, что современные сушилки оснащают системами стабилизации температуры теплоносителя, указанный фактор целесообразно перевести в группу факторов U.
Для учета в модели характеристик культуры обрабатываемого зерна (теплоемкость, плотность, гранулометрический состав, скважность и др.) исследования целесообразно осуществить отдельно для каждой культуры. Таким образом, в группе факторов F, оказывающих наиболее сильное влияние на протекание процесса сушки, можно оставить только начальную влажность зернового вороха Wo(i), поступающего на сушку [27, 101, 111, 146, 185, 200]. Следует учесть, что переменная W0(f) имеет стохастический характер изменения в течение времени [21, 23, 25, 76, 104, 112, 130, 139, 222], поэтому оценки качества и критерии эффективности процесса сушки (вектор функция Y, рис. 2.1) должны быть построены с учетом вероятностной приро-ды их изменения. Таким образом, вектор- функция возмущающих воздействий записана в виде F= V0(t)}. Вектор-функция управляющих воздействий U включает следующие компоненты: температуру &T0(t,x), влагосодержание До&х) и скорость движения Vj{l,x) теплоносителя в слое зерна, экспозицию сушки т(/), определяемую скоростью перемещения зерна по камере сушки Уз ). Диапазон температур теплоносителя QT0(t,x) широкий и зависит от на значения и типа обрабатываемого зерна. Зависимость 9у0(/,.х) от времени t нежелательна, поэтому в системах, снабженных регуляторами температуры, она практически исключена. Зависимость &T0(t,x) от пространственной ко ординаты х имеет большое значение для построения оптимальных режимов сушки. Влагосодержание теплоносителя До(і,х) в шахтных зерносушилках не регулируют [171, 189], но этот параметр может оказывать существенное влияние на сушку при организации его частичной рециркуляции. Скорость теплоносителя Vj{t,x) для шахтной сушилки изменяется в незначительных пределах. Ее верхняя граница ограничена скоростью витания зерна, измеряемой на выходе из отводящих коробов.1 Нижняя граница из технологических и экономических соображений [52, 81, 169, 171, 189] поддерживается как можно ближе к верхней (в слое зерна шахтных сушилок ско- рость достигает 0,5-0,6 м/с). Температура и массовая подача теплоносителя определяют количество теплоты подаваемой в камеру сушки, поэтому поддержание их на предельно возможном уровне обеспечивает максимальную интенсификацию процесса [171, 189] и достижение максимально возможной производительности G оборудования. Стабилизация тепловых режимов в сушилке достигается стабилизацией теплосодержания теплоносителя. Учитывая, что скорость теплоносителя поддерживается практически неизменной, регулирование его теплосодержания на практике осуществляют по температуре. Экспозиция сушки x(f), определяется скоростью перемещения зерна по камере сушки Рз(/). Она может быть изменена в широком диапазоне и опре-деляет значение влагосъема зерна. В шахтных сушилках её регулируют изменением пропускной способности выгрузного аппарата. Таким образом, вектор- функция управляющих воздействий U пред I ставлена в виде U= {&ro (t, х), VT (t, x), V3 (/)}. Вектор- функция V учитывает особенности внутренней структуры объекта. Конструктивные особенности сушильной камеры оказывают существенное влияние на характер протекания процессов тепло- и массопереноса. Состояние зернового слоя (степень его подвижности и разрыхленно-сти) определяет интенсивность процессов тепло- и массопереноса и ограни-чения, накладываемые на режимы сушки. В шахтных сушилках используют плотный подвижный слой. От скорости перемещения слоя зависит время пребывания зерна в «пограничном слое» и время его контакта с нагретыми поверхностями подводящих коробов (в результате чего зерно может травмироваться). Поэтому, чем быстрее перемещается слой, тем выше допустимые температуры теплоносителя и интенсивность сушки.
С изменением скорости перемещения слоя заметно изменяется его скважность. Это происходит в результате увеличения работы сил трения между отдельными зерновками, слой разуплотняется, зерновки укладываются менее компактно. С увеличением влажности зерна работа сил трения еще более возрастает, так как шероховатость поверхности зерновок увеличивается.
Таким образом, чем влажнее зерно и чем оно быстрее перемещается по каме ре сушки, тем разрыхленнее подвижный зерновой слой. В связи с этим снижается его аэродинамическое сопротивление и возрастает подача теплоносителя в камеру сушки, что также ведет к интенсификации процесса [42]. При идентификации оператора А модели сушильной камеры необходимо учитывать состояние зернового слоя.
В сушильных камерах процесс сушки характеризуется распределенностью параметров в пространстве. Их изменчивость определяется не только стохастическим характером изменения параметров зернового вороха, подаваемого на сушку, но конструктивными особенностями сушилок.
В шахтных сушилках условия сушки - неравномерные [22, 29, 36, 37, 38, 39, 42, 44, 45, 46, 47, 48, 182, 213]. Поэтому для них агротехническими требованиями задаются дополнительные ограничения на неравномерность доля температуры A$3(t,y,z) и влажности зерна AW(t,y,z) в нижнем сечении [215]. Учет изменчивости пространственных полей для шахтных сушилок-важный фактор оптимизацииреэ/сгшов их функционирования.
В работах [38, 39, 40, 41, 43, 45, 47, 180] предложены технологические и технические решения, направленные на повышение равномерности условий сушки зерна в шахтных сушилках. Эту задачу предложено решить путем уменьшения неравномерности поля скорости теплоносителя AVT(t,y) вдоль распределительных коробов (вдоль пространственной координаты у). Для этого предлагаются конструктивные изменения системы распределения теплоносителя [38, 41, 43, 180]. Выравнивание поля скорости позволит значительно увеличить подачу теплоносителя в наименее продуваемые зоны камеры сушки, что позволит не только повысить равномерность нагрева и сушки зерна, но и существенно интенсифицировать процесс. За счет этого возрастет качество сушки (ее равномерность) и производительность оборудования G.
Исследование поля скорости теплоносителя в сушильном пространстве
В соответствии с программой (см. 3.1) и методикой (см. 3.2.3) исследований реализовано 27 опытов в четырехкратной повторности для трех видов культур зерна, трех значений его влажности и скорости перемещения по камере сушки. Средние значения показаний датчика скорости газа (рис. 3.5) вдоль короба, вычисленные по выражению (3.7), представлены в таблице А.З.
Типичная оценка конфигурации, поля скорости газа в сушильном про странстве шахтной зерносушилки (в соответствии с рис. 3.3) для одного из исследованных режимов течения приведена в таблице 4.1. Данные усреднены по результатам четырех повторностей. , Из приведенных данных видно, что в контролируемой области течения поле скорости газа неравномерное. Коэффициент неравномерности, вычисленный по соотношению (3.8), достигает 1,85. Его значения, вычисленные по множеству опытов, укладываются в интервал 1,7-1,9. : 73 Неравномерность поля скорости наблюдается как в поперечном коробу направлении, так и в продольном. Данные подтверждают, что наибольшие скорости достигаются у стенок отводящих коробов (рис. 3.1), меньшие вблизи вертикальной перегородки подводящего короба. j Относительная неравномерность поля скорости в перпендикулярном коробу направлении составляет Fmax/Fmin =1,25...1,35. Полученные данные подтверждают, что теплоноситель течет по пути наименьшего сопротивле ния, то есть его большие расходы наблюдаются там, где длина линии тока короче. Поэтому, наибольшего нагрева зерна следует ожидать около стенок Отводящих коробов. На рис. 4.2 представлено изменение относительных значений скорости воздуха вдоль короба. Здесь же приведен результат усреднения и аппроксимации их степенным полиномом. Все зависимости получены при одинаковых условиях опыта (см. табл. 4.1). Приведенные зависимости подтверждают, что поле скорости по длине короба неравномерное. Наибольшие значения скорости наблюдаются в начале и конце короба, наименьшие в его центральной части. Коэффициент относительной неравномерности скорости по длине короба, вычисленный. На рисунке 4.3 представлены оценки поля скорости газа в зависимости от скорости перемещения зерна по камере сушки. Из них видно, что скорость перемещения зернового слоя Уз оказывает влияние на абсолютные значения скорости газа. С увеличением скорости движения слоя абсолютные значения скорости газа в сушильном пространстве возрастают. Это объясняется рабо-той сил трения между зерновками. Чем быстрее движется слой, тем больше работа сил трения, зерновки укладываются менее компактно, слой разуплотняется, а его скважность увеличивается. Увеличение скважности ведет к уменьшению аэродинамического сопротивления слоя, а, следовательно, к увеличению скорости движения газа в нем. Рис. 4.3 - Изменение поля скорости течения газа в зависимости от скорости перемещения зернового слоя по камере сушки Интервалы возможных изменений скорости газа в зависимости от Уз для различных зерновых культур приведены в таблице 4.2. Оценки поля скорости газа для различных значений влажности зерна представлены на рис. 4.4. Из них видно, что относительная влажность зерна й также оказывает влияние на абсолютное значение скорости газа в сушильном пространстве. С уменьшением влажности абсолютные значения скоро-сти газа уменьшаются. Это также объясняется работой сил трения между 76 зерновками, а также усадкой зерна при сушке [37, 42, 48, 84, 189]. По мере снижения влажности W уменьшаются размеры зерновок, что ведет к их более компактной укладке в слое. В результате этого скважность слоя уменьшается, а его аэродинамическое сопротивление возрастает. Одновременно с уменьшением влалшости снижается шероховатость поверхности зерновок [84]. Это ведет к уменьшению работы сил трения, более компактной укладке зерновок в слое, и как следствие к дополнительному увеличению его аэродинамического сопротивления.
