Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства

Диссертационная работа:

Кузнецов Максим Геннадьевич. Моделирование процесса мокрого измельчения сельскохозяйственного сырья : Дис. ... канд. техн. наук : 05.20.01 : Казань, 2004 148 c. РГБ ОД, 61:05-5/947

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11

  1. Обзор способов и конструкций измельчителей 11

  2. Методы расчета гранулометрического состава продук-

тов разрушения в измельчителях 23

1.3. Выводы по обзору литературы 27

Глава 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

В КОНИЧЕСКОМ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕ 29

  1. Физическая картина процессов протекающих в измельчителе 29

  2. Физическая модель мокрого измельчения 32

2.3 Моделирование гидродинамики измельчителя 36

  1. Общие сведения 36

  2. Подходы к записи уравнения Навье-Стокса 37

2.3.3 Гипотеза Буссинеска в моделях переноса Рейнольдсовых
напряжений 38

  1. Краткое описание моделей турбулентности 39

  2. Вычислительные ресурсы, время решения и характер сходимости при использовании различных моделей 43

  3. Выбор модели турбулентности 44

2.4. Математическая модель гидродинамики конической мельницы 44

2.4.1. Постановка задачи 45

  1. Расчетная область и граничные условия 45

  2. Математические уравнения модели 49

2.4.4 Численные режимы решения моделей 50

2.5 Результаты моделирования гидродинамики

конического измельчителя 52

2.5.1 Применение п -теоремы 53

  1. Безразмерная скорость 56

  2. Полное безразмерное давление 58

  3. Безразмерная кинетическая энергия турбулентности 59

  4. Безразмерная мера рассеивания кинетической энергии 61

  5. Безразмерное касательное напряжение в жидкости г+ 63

2.6 Выводы по главе 2 65

Глава 3. КИНЕТИЧЕСКАЯ. МОДЕЛЬ МОКРОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

В КОНИЧЕСКОЙ МЕЛЬНИЦЕ 66

3.1. Математическая кинетическая модель измельчения

в конической мельнице 66

  1. Уравнения математической модели 61

  2. Начальный гранулометрический состав 68

  3. Расчет времени пребывания частиц в мельнице 70

  4. Определение параметра а 72

3.2 Инженерный метод расчета мокрого процесса измельчения в
конической мельнице 73

  1. Функции распределения и расчет среднего диаметра 73

  2. Инженерная методика расчета 74

3.3 Выводы по главе 3 77

4 Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ НА ПРОЦЕСС ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В

КОНИЧЕСКОМ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕ 78

4.1 Исследуемый измельчаемый материал 78

4.2. Влияние измельчающей гарнитуры измельчителя на процесс

помола 79

4.3. Влияние диаметра и конусности диска измельчителя на про-

цесс измельчения 85

4.4 Выводы по главе 4 91

Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА
ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В КОНИЧЕСКОМ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕ ..'. 92

  1. Описание экспериментальной лабораторной установки 92

  2. Методика проведения экспериментов по исследованию процесса помола в конической мельнице 101

  3. Исследование мощности 104

  4. Идентификация параметра модели 106

  5. Проверка адекватности кинетической модели измельчения 112

  6. Оценка эффективности работы конического измельчителя 114

5.7 Выводы по главе 5 119

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 121

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 124

ПРИЛОЖЕНИЯ 136

Введение к работе:

Актуальность темы

Процессы измельчения материалов являются важными, и встречающимися в различных отраслях перерабатывающего производства. Они нашли широкое применение и в сельскохозяйственном производстве [68], например, при приготовлении комбикормов [56, 68], подготовки сельскохозяйственного сырья, утилизации отходов. Дисперсность материалов во многом определяет интенсивность протекания самых разнообразных технологических процессов и влияет на качественные характеристики продуктов [24, 46, 70]. Поэтому создание новых, высокоинтенсивных технологий, ориентированных на последние достижения науки и техники, заставляет предъявлять повышенные требования к дисперсности измельченного материала. Решение данной сложной задачи невозможно без целенаправленного поиска новых способов и конструкций аппаратов на основе научно обоснованного подхода к процессу измельчения.

Процесс измельчения является весьма энергоемким. В ряде источников [12, 32, 65] отмечается, что в настоящее время на измельчение затрачивается 5-10% производимой в мире электроэнергии. Например, в комбикормовом производстве на измельчение идет до 70% всей используемой энергии. Большие энергетические затраты объясняются низким КПД измельчителей [25, 89].

В указанных условиях, решение этой проблемы является актуальным и весьма перспективным. Выбор метода диспергирования материалов комбинированием традиционных способов измельчения с воздействием касательных напряжений, возникающих в несущей жидкости, не случаен. В этом случае жидкость служит в качестве диспергирующей среды, которая способствует рассредоточению частиц материала и противодействует их повторному слипанию. Другая особенность мокрого измельчения - появление в жидкости касательных напряжений, которые становятся, наряду с резанием, од-

ними из основных факторов процесса и способствуют повышению степени " измельчения. Усталостное понижение прочности измельчаемого зерна усиливается жидкостью, которая проникая в микротрещины, экранирует силы, стремящиеся их сомкнуть [68].

Мокрое измельчение может быть применено при приготовлении кормов применяемых для подкормки молодняка животных, а также для приготовления сырья из зерна при получении спирта.

Таким образом, настоящая работа направлена на создание теоретических основ модели процесса мокрого измельчения. Решение этой задачи позволит создать технологию и оборудование для тонкого измельчения материалов.

Работа выполнялась в соответствии с планами основных научных направлений Казанской государственной сельскохозяйственной академии по направлению «Технологии и средства механизации сельского хозяйства».

Цель работы:

разработка физической модели процесса измельчения при различных способах воздействия на измельчаемый материал в конической мельнице;

разработка математической кинетической модели процесса мокрого измельчения;

исследование гидродинамики мельницы мокрого измельчения и установление ее связи с эффективностью измельчения;

проведение экспериментов по мокрому помолу сельскохозяйственного сырья в коническом измельчителе и проверка адекватности физической и математической моделей путем сравнения результатов расчетов и эксперимента;

разработка инженерной методики расчета конических мельниц, при комбинированных способах воздействия на измельчаемый материал;

изучение влияния на процесс различных технологических факторов

изучение области использования предлагаемого способа и промыш
ленная реализация результатов исследований.

Научная новизна

теоретические положения комбинированного способа воздействия на измельчаемый материал (измельчение резанием, ударом и касательными напряжениями) и физическую модель измельчения;

кинетическую модель мокрого измельчения, которая связывает основные технологические параметры процесса и гранулометрический состав материала до и после измельчения;

закономерности изменения дисперсности измельчаемого материала в зависимости от основных технологических и конструктивных параметров мельницы конического типа;

выявление условия разрушения частиц материала касательными напряжениями, в отличии от существующего мнения разрушения частиц кавитацией.

Основные методы исследования

Исследования проводились посредством моделирования процесса на математическом и физическом уровне. В математической модели использовались результаты проведенного моделирования гидродинамики мельницы, полученные путем численного решения уравнений движения среды в канале мельницы. Результаты численных решений обрабатывались по л: -теореме и теории подобия. Статистическая обработка полученных данных, проводилась с помощью программного пакета Excel и программой Data Fit 6.0 (демо). Для исследования влияния различных параметров на кинетику измельчения составлены специальные компьютерные программы.

Защищаемые положения:

физическая модель процесса комбинированного воздействия в кониче
ском измельчителе;

численные решения уравнений движения среды в канале измельчителя

и результаты их обработки по теории подобия;

математическую кинетическую модель процесса измельчения в конической мельнице;

результаты математического моделирования;

инженерную методику расчета конических измельчителей;

Результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию технологических и конструктивных параметров комбинированного конусного измельчителя

Практическая значимость.

Практическая значимость заключается в снижении энергоемкости процесса измельчения зерна на 35% с одновременным уменьшением габаритов и массы установки

Реализация работы.

Комплексы мокрого измельчения сельскохозяйственного сырья с применением конических мельниц тонкого измельчения прошли всесторонние испытания и внедрены на Пищекомбинате Алькеевского РайПО. В результате испытаний удалось получить однородную измельченную суспензию.

Апробация работы.

Основные научные положения и результаты работы докладывались на следующих конференциях:

Вторая межрегиональная конференция молодых ученых "Пищевые технологии", Казань, 2001 г.;

II Всероссийской конференции "Химия и технология растительных веществ", Казань, 2002 г.;

Всероссийской научно-практической конференции "Оптимизация сложных биотехнических систем", Оренбург, 2003г.;

Региональной научной конференции "Молодые ученые - агропромышленному комплексу", Казань, 2004 г.

Научно-технических конференциях Казанского государственного технологического университета

Публикации

Всего опубликовано 11 работ из них по теме диссертации 9.

Объем н структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения библиографического списка и приложений. Общий объем - 148 страниц, из них 135 страниц основного текста и 13 страниц приложения. В состав диссертации включены 59 рисунков, 9 таблиц. Список литературы - 127 наименований. Во введении обосновывается актуальность темы, цель и задачи исследований. Показаны новизна и практическая ценность работы. В первой главе рассмотрены конструкции существующих аппаратов для измельчения материалов и дан их анализ. Установлено, что в большинстве случаев, измельчители имеют большой удельный расход энергии и низкий кпд. Здесь же выявлены перспективы доработки их конструкций. Проведен анализ современной теории математического моделирования, предложенной для расчета процесса измельчения в различных конструкциях аппаратов. Во второй главе проанализированы современные подходы к моделированию турбулентного движения жидкости, представлены описание процесса измельчения в конических мельницах, физическая модель процесса, математическая модель для исследования гидродинамики, результаты моделирования гидродинамики и их обработка в виде критериальных уравнений. В третьей главе дана математическая кинетическая модель измельчения в конических мельницах, описан инженерный метод поверочного расчета мельницы. В четвертой главе представлены исследования процесса измельчения в конической мельнице на основании разработанной кинетической модели мокрого измельчения, показано влияние различных технологических параметров на процесс измельчения. С

10 учетом выявленной специфики процесса и недостатков существующих систем даны рекомендации для проектирования мельниц мокрого измельчения в различных технологических условиях. В пятой главе с целью проверки адекватности разработанных физической и математической моделей и правомерности принятых допущений, а также получения необходимых в расчетах эмпирических данных, описано проведенное экспериментальное исследование процесса. Другой задачей экспериментов являлась проверка возможности промышленного применения данного способа тонкого комбинированного измельчения в сельском хозяйстве. Определены параметры математической модели для системы «вода - пшеничное зерно», показана адекватность кинетической модели измельчения путем сравнения расчетов с экспериментальными данными. В приложениях представлены распечатки разработанных компьютерных программ, а также акты испытания и внедрения мельницы мокрого измельчения.

Подобные работы
Абдюкаева Альфия Фагитовна
Оптимизация энергозатрат процесса измельчения зернового сырья путем совершенствования конструкции рабочих органов
Рахимов Ильдар Раисович
Совершенствование рабочих органов машин для основной обработки почвы на основе моделирования процесса взаимодействия клина с почвой
Мударисов Салават Гумерович
Повышение качества обработки почвы путем совершенствования рабочих органов машин на основе моделирования технологического процесса
Разбежкин Николай Иванович
Совершенствование конструкции рабочего органа плуга на основе моделирования технологического процесса вспашки
Кравченко Людмила Владимировна
Моделирование и оптимизация процесса дождевания сельскохозяйственных культур машинами фронтального действия
Данилова Галина Митрофановна
Оптимизация процесса уборки незерновой части урожая зерновых культур с использованием методов имитационного моделирования
Колегаев Илья Александрович
Разработка принципов и обоснование параметров компьютерного моделирования вариантов использования машинно-тракторного парка сельскохозяйственного предприятия для целей оперативного управления технологическими процессами в растениеводстве
Притчин Геннадий Петрович
Совершенствование технологического процесса измельчения провяленных трав и нижнего способа разгрузки сенажных башен
Вараксин Андрей Викторович
Исследование процесса измельчения концентрированных кормов
Коношин Иван Вячеславович
Совершенствование процесса измельчения и обоснование конструктивно-режимных параметров молотковой дробилки с решетом спиралевидной формы

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net