Меркт Р.В., Челабчи В.В., Челабчи В.Н.

Одесский национальный морской университет

К вопросу оперативного определения аэродинамического сопротивления зерна при сушке

Рациональная организация сушки зерна и его обработки газообразными агентами неотрывно связана с надежным определением поля скорости воздуха (или смеси газов) в зерне. В исследованиях авторов [1,2] рассматривается процесс продувки неподвижного слоя зерна, когда отсутствуют эффекты псевдоожижения и витания отдельных зерен. Используется математическая модель в виде системы уравнений:

и (1)

где V – расходная скорость воздуха, отнесенная к свободному пространству;

P – давление воздуха в межзерновых промежутках;

A(V) – коэффициент, отражающий аэродинамическое сопротивление засыпки;

n – мерность задачи.

При определении полей давлений используются матмодели:

или (2)

Компоненты вектора скорости V_i рассчитываются согласно (3):

(3)

Особенно сложным является определение коэффициента А(V) в зависимости от размеров и формы зерна с учетом его уплотнения по глубине слоя. Подобные исследования проводятся на довольно сложных установках с прецизионными датчиками.

Авторами разработан подход базирующийся на теории подобия и не требующий специальных датчиков (только мерная линейка и секундомер).

В качестве рабочего агента используется вода. Схема экспериментальной установки приведена на рис.1.

Зерно помещается в рабочий цилиндр. Его объем ограничивается ножевыми решетками с сеткой. Зерно продувается водой поступающей из напорного цилиндра. При исследовании фиксируется изменение уровня H во времени. Для предотвращения влияния набухания зерна каждый эксперимент проводится не более 5 минут. Многократное повторение экспериментов с обновлением зерна в рабочем цилиндре существенно повышает надежность определения A=f(V).

При обработке результатов экспериментов используется равенство значений чисел Рейнольдса Re и Эйлера Eu, откуда следует:

и (4)

где n, r - соответственно коэффициент кинематической вязкости и плотность;

w, a – индексы, относящие величину, соответственно к воде и воздуху.

Согласно рис.1 следует:

и (5)

Для расчета значения A_a=f(V_a) используется зависимость:

(6)

Проведенные на установке (рис.1) исследования позволили определить зависимости A_a=f(V_a) для зерна разного сорта и размера.

В частности, результаты экспериментов с пшеницей твердых сортов приведены на рис.2 и 3.

В диапазоне V_a от 0,01 м/с до 0,8 м/с получена зависимость A=f(V), представленная на рис.3 и аппроксимированная формулой:

Подобную экспериментальную установку легко соорудить в любой мастерской. Обработку результатов экспериментов можно успешно проводить в среде табличного процессора Excel.

Литература

1. Меркт Р.В., Челабчи В.Н. Математическое обеспечение моделирования процессов в грузе и судовых системах // ОИИМФ, НИО, отчет по НИР, 1984г. № гос.регистр. 0182304573;

2. Bobyr V.A., Chelabchi V.N., Merkt R.V., Moshyanski A.F. Study of the heat-mass transfer in seatransported granular cargoes // Proceedings of the Ferst International Conference on Marine Industry "Marind'96",v.3, Varna, Bulgaria, 1996.