Індекс рубрикатора НБУВ: Л111.33-51-021.1

Рубрики:

Перемішування в твердому, сипучому і тістоподібному середовищі

Шифр НБУВ: Ж69472 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Проаналізовано методи вивчення розподілу компонентів у суміші сипких матеріалів. Ці методи використано під час вивчення ефективності змішувачів. Показано доцільність застосування методів математичної статистики для обробки результатів досліджень. Застосування цих методів дозволяє точно вивчити розподіл компонентів у корпусі змішувача та надати науково-обгрунтовані рекомендації щодо удосконалення його конструкції.

Індекс рубрикатора НБУВ: Л111.33

Рубрики:

Перемішування в твердому, сипучому і тістоподібному середовищі

Шифр НБУВ: Ж69231 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Приведен метод анализа качества смешения двух компонентов, основанный на положениях теории случайных процессов.

Розглянуто схеми приводів вібраційних змішувачів для змішування сипучих продуктів у різних галузях виробництва. Для попередніх досліджень було обрано конструктивну схему вібраційного змішувача з окремим приводом лопатевого валу та дебалансним віброзбуджувачем. Проаналізовано енергетичні характеристики вібраційного змішувача, побудовано залежності споживання енергії на лопатевому валу та віброзбуджувачі. Знайдено параметри навантаження вібраційного змішувача, за яких загальні витрати енергії мінімальні. З метою більшої економії енергії створено новий вібраційний змішувач із приводом лопатевого валу у вигляді механізму вільного ходу, який використовує енергію вібруючої системи змішувача разом з масою завантаженої суміші. Створено та проаналізовано математичну модель динаміки системи віброприводу змішувача з дебалансним віброзбуджувачем та маятниковим перетворювачем руху. Запропоновано інші нові конструкції вібраційних змішувачів з енергоощадним віброприводом.

Удосконалено метод визначення функцій розподілу частинок порошкової суміші за їх розмірами залежно від швидкості осідання для випадку впливу зовнішньої сили. Вперше обгрунтовано застосування результатів про фокусування та стабілізацію марковського процесу у разі локальних збурень його фрагментів до процесу формування багатокомпонентних сумішей. Удосконалено математичну модель процесу подрібнення твердих матеріалів у рідких середовищах, використання якої дозволяє простежити за еволюцією діаметрів твердих частинок у кожній точці об'єму, який займає суміш. Одержано нові результати та розроблено програмний засіб, що дозволяє моделювати процеси формування багатокомпонентних сумішей на виробництві та у фармакологічній промисловості.

Рассмотрены вопросы теории смешения сыпучих материалов и методика изучения однородности распределения компонентов. Раскрыт механизм возникновения сил сопротивления движению рабочего органа в сыпучем материале. Приведены методики определения физико-механических свойств данных материалов. Охарактеризованы конструкции смесителей и области их применения. Описаны конструкции смесителей сыпучих и пастообразных материалов, разработанных в Северодонецком научно-исследовательском и конструкторском институте химического машиностроения. Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований данных смесителей, освещен опыт их промышленной эксплуатации. Предложены методы расчета мощности приводов. Даны рекомендации по конструированию смесителей. Проанализированы конструкции смесителей, широко применяемых в мировой практике. Приведены формулы для расчета мощности, потребляемой смесителями различных конструкций, а также справочные данные по физико-механическим характеристикам некоторых сыпучих материалов.

Проаналізовано процес змішування сипких матеріалів та сучасні змішувачі. Розглянуто критерії оцінки якості суміші сипких матеріалів, їх переваги і недоліки. Запропоновано використовувати як критерій оцінки якості суміші середній об'єм непромісу, який названо об'ємом асоціату. Зазначено, що вказаний критерій відображає сутність якості суміші, він автомодельний до об'єму відібраних проб. Наведено рівняння, які розраховують середній об'єм асоціату за об'ємом відібраних проб, дисперсії відхилень концентрацій ключового компонента від середнього значення. Підкреслено, що розподіл концентрацій ключового компонента по пробах описується гіпергеометричним законом.

Розроблено структурну модель віброзмішувача сипких матеріалів, котрий за довільної маси завантаження сировиною камери змішувача самостійно адаптується до резонансного режиму роботи і в разі цього реалізовує задані технологічно оптимальні параметри вібраційного поля (коефіцієнт перевантаження) для забезпечення необхідної (наперед заданої) якості технологічного процесу змішування за мінімальних енергозатрат на вібропривід.

Проведено аналіз факторів, що впливають на зниження коефіцієнту внутрішнього тертя в сипучих матеріалах. Встановлено оптимальні умови для віброперемішування та вібропереміщення сипучого матеріалу в технологічних процесах, при яких сипучі матеріали набувають плинності, що характерна для в'язкої рідини, і можуть бути охарактеризовані звичайними реологічними константами. Показано, що при прискоренні зовнішнього вібраційного впливу на робочий орган адаптивної вібромашини, більшому за прискорення вільного падіння, відбувається перехід вібросистеми із стану вібророзрідження у стан віброкипіння і даний процес характеризується зміною коефіцієнта ефективної динамічної в'язкості mu на декілька порядків. Для забезпечення інтенсифікації тепломасообмінних процесів у сипучих середовищах із різними фізико-хімічними властивостями шляхом забезпечення сталого віброперемішування (віброкипіння) доцільно забезпечувати мінімальне (або задане технологічно оптимальне) значення коефіціента ефективної динамічної в'язкості mu сипучого середовища. У дослідженні показано, що існуючі методи стабілізації динамічних параметрів вібраційного поля віброкиплячого середовища, в яких у випадку зміни завантаження робочого органу або за необхідністю зміни режиму роботи адаптивної вібраційної технологічної машини система керування коригує частоту та амплітуду вимушуючих коливань віброприводу робочого органу, нездатні забезпечити стабілізацію в часі на технологічно оптимальному рівні величину коефіцієнта ефективної динамічної в'язкості mu сипучого середовища. Виходячи з особливостей поведінки сипучого середовища при переході зі стану вібророзрідження у стан віброкипіння, запропоновано метод керування динамічними параметрами пустотілого робочого органу адаптивних вібраційних технологічних машин, що дозволяє забезпечити мінімальні енергозатрати на вібропривод (резонансний режим роботи) та стабілізувати в часі в'язкість mu віброкиплячого середовища середовища в їх робочому органі на заданому технологічно оптимальному рівні. Даний метод керування динамічними параметрами робочого органу дозволяє оптимізувати роботу електромеханічної коливної системи вібромашини за технологічним параметром (mu) постійно адаптуючи динамічні параметри віброприводу до енергозберігаючого резонансного режиму роботи вібромашини.

Розроблено мехатронну систему для комплексної оцінки та адаптації експлуатаційних параметрів вібраційної машини для приготування сипучих сумішей. Дана система містить блок активного аналізу динамічного стану коливної системи та блок керування приводним механізмом вібромашини. Функціональна взаємодія вищеозначених блоків, залежно від типу сировини, забезпечує самостійну адаптацію вібромашини до технологічно оптимальних параметрів її роботи.

Розглянуто проблему синтезу змішувачів із гвинтовими робочими органами. Проведено генерування альтернатив із використанням методу синтезу ієрархічних груп за допомогою морфологічного аналізу. При цьому у результаті проведеного аналізу впливу різних факторів на процеси транспортування та змішування матеріалів гвинтовими конвеєрами за використання структурно схемного синтезу з застосуванням морфологічного аналізу визначено відповідну кількість складових елементів конструкцій конвеєрів і зв'язків між ними, які визначають їх певні конструктивні ознаки, на основі чого складено загальну морфологічну таблицю конструктивних ознак та елементів гвинтових змішувачів (ГЗ), з якої виділено дві індивідуальні моделі механічних систем: перша стосується генерування альтернатив гвинтових конвеєрів (ГК), а друга забезпечує появу нових конструктивних рішень ГЗ. При проведенні структурно-схемного синтезу ГЗ із застосуванням морфлогічного аналізу обрано наступні основні морфологічні ознаки: привід, шнек, який складається з жолоба та гвинтового робочого органа, бункер, механізм пересипу, механізм розвантаження та опорно-руховий механізм. Використовуючи даний метод синтезу ієрархічних груп за допомогою морфологічного аналізу розроблено значну кількість працездатних конструкцій ГК з операцією змішування та ГЗ. Проведено структурний синтез ГК з операцією змішування та ГЗ за конструктивними ознаками методом ієрархічного групування за допомогою морфологічного аналізу та згенеровано певну кількість їх варіантів. Передбачено, що ГЗ, як правило, забезпечують змішування матеріалів за циклічним принципом, що надаватиме можливість досягати кращих показників змішування, ніж при використанні ГК з операцією змішування.

Розглянуто завдання підвищення ефективності функціонування системи виготовлення багатокомпонентної суміші за рахунок моделювання системи управління. Проаналізовано структурні схеми автономного управління багатокомпонентним дозуванням. Обгрунтовано середовище моделювання. Запропоновано алгоритм формування сигналів управління дозаторами, розроблено програму в середовищі Arduino та схему моделювання у Proteus.

Modern industrial and agricultural processing almost always implies mixing loose material on a variety of equipment. At present, there are known mixers of various designs, principles, and techniques to implement the technological process. One of the existing mixing techniques is a continuous flow method that has significant advantages - reducing energy intensity while improving the quality of the process of the mixture continuous preparation and distribution. However, the continuous-flow technique of mixing loose materials has been paid little attention to. This prevents the application of well-known analytical models of the process of moving loose components to substantiate the structural and technological parameters for the working bodies of a continuous flow mixer. The result of the analytical study of the continuous-flow mixing technique is the constructed system of differential equations of the movement of a bulk material's components in the airflow under the influence of the working bodies' surfaces of the designed mixer. The reported system of differential equations underlies the physical-mathematical apparatus for the numerical modeling of the specified process employing the software package StarCCM+ (USA). The result of the numerical modeling is the established dependences of the dynamics of change in the concentration of components in the mixture and the homogeneity of the mixture in the zones of a continuous flow mixer depending on the study factors (the frequency of rotations, the angle of attack of the blade mixer, the performance of feeding the first and second components). The optimal structural and technological parameters for a continuous flow mixer involved in the process of mixing a two-component feed mixture (stem and concentrated feed) have been determined, at which the uniformity of the resulting forage mixture is maximal.

Увагу приділено створенню наукових основ проєктування комплексів безперервного приготування композицій із сипких матеріалів у легкій промисловості з метою оптимізації конструктивних і технологічних параметрів обладнання та підвищення якості готової суміші. Встановлено основні фактори, що впливають на роботу змішувальних комплексів і призводять до появи відхилень у відсотковому складі суміші, зниження її однорідності та, відповідно, зниження якості виробів. Проаналізовано існуючі методи моделювання роботи обладнання. На основі методу дискретних елементів розроблено математичні моделі руху частинок в усіх складових елементах і змішувальному комплексі в цілому, що дозволило врахувати дискретну природу руху сипких матеріалів. Розв'язано задачі оптимізації конструктивних і технологічних параметрів конічно-циліндричного бункера, систем "бункер - тарілчастий живильник" і "формувач потоку - змішувач безперервної дії". Визначено вплив конструкцій змішувачів безперервної дії на їх згладжувальну здатність і час перебування частинок усередині них. Розроблено математичні моделі для аналізу механічних навантажень на приводи живильника та змішувача безперервної дії. Запропоновано алгоритм проєктування змішувальних комплексів безперервної дії на основі відцентрових змішувачів, що дозволяє визначати конструктивні та технологічні параметри складових елементів комплексу з урахуванням їх взаємного впливу.

Увагу приділено дослідженню руху сипких матеріалів методом дискретних елементів у змішувальних комплексах безперервної дії. Розглянуто структуру змішувальних комплексів і властивості сипких матеріалів. Викладено результати аналітичних та експериментальних досліджень. Визначено характер руху сипких матеріалів у різних елементах змішувальних комплексів. Виконано оцінку якості процесу змішування.

Досліджено новий спосіб керування енергоємними когерентними вихровими структурами (далі - ЕКВС), які визначають процеси масо- і енергообміну у вихрових камерах. Визначено, що він полягає в раціональній організації напрямлених керувальних дій на ЕКВС системою неперервних упорядкованих вихрових шнурів від мініатюрного крила малого видовження, яке встановлене у проточному тракті впускного сопла камери. Запропоновано розрахунково-експериментальне обґрунтування досліджуваного способу на основі принципу взаємної сприйнятливості вихрових структур. Експериментально виявлено явище "перекачування" енергії пульсацій від дрібних вихорів до більш крупних, яке дозволяє використовувати його для керування аеро- і гідродинамічними процесами змішування середовищ у вихрових камерах технологічних та енергетичних апаратах. Доведено експериментально та теоретично що невеликі керувальної дії на вхідний потік вихрової камери криловим вихорогенератором здатні значно інтенсифікувати процеси масообміну на виході камери при мінімальних втратах енергії на основі принципу взаємної сприйнятливості вихрових структур. Встановлено, що перспективність запропонованого методу керування обумовлена тим, що інтенсивність та енергетичні параметри кінцевих вихорів крила прогнозовані та можуть бути розраховані.

The processes to form the compositions of loose materials in centrifugal mixers of continuous action have been considered. Based on the method of discrete elements, a mathematical model of the movement of particles in the rotor of the centrifugal mixer was built, taking into consideration their geometric and physical-mechanical parameters. To assess the extent of influence of these parameters on the nature of particle movement, a well-known mathematical model in the form of a system of differential equations was used, which was built on the basis of classical laws of mechanics. The process of mixing particles of two loose materials under different initial conditions of movement was modeled. The trajectories of individual particles along the bottom and side wall of the rotor were calculated. The results of the research reported here have established that the model built on the basis of the discrete element method makes it possible to improve the accuracy of determining the parameters of the movement of loose materials in the mixing zone. Calculations that involved this method show that the length of the particle trajectory is 2,9, and the movement time is 9 times greater than those calculated by the system of differential equations. The built and known mathematical models demonstrated the same nature of the distribution of components in the mixer. The value of the Pearson correlation coefficient between the calculated values of the coefficients of variation is 0,758. The best homogeneity is achieved by separating the flows of the mixture components and reducing the distance between their centers. The experimental study was carried out using a centrifugal mixer of continuous action with a conical rotor. Particle trajectories were constructed; it was established that the shape of the trajectory built by a discrete element method is closer to the experimental one. The results reported in this paper make it possible to predict the impact of the structural and technological parameters of the mixers of continuous action on the uniformity of the mixture.

Four different mixing rules (MRs) in three equations of state (EOSs) have been used to account for the intermolecular forces of attraction between dissimilar molecules of different substances that form simple mixtures. The combined effects of the co-volumes of all constituent species of the mixtures were also considered, and the densities of these simple mixtures were predicted. Thereafter, the density results obtained were compared with accurately simulated experimental density values, and the effectiveness of these MRs was determined and compared. The four MRs compared are geometric mean average (GMA), whole square root average (SRA), Expanded geometric average (EGA), and simple average (SA) of attractive force parameter. They were all used in Van der Waals, Redlich Kwong, and Peng Robinson EOSs for two simple mixtures: a binary system (Ammonia - Water system) and a ternary mixture (methyl acetate - water - toluene system). It was found that GMA and EGA gave reasonably accurate estimates of the mixture attractive force parameter (am) and hence good density prediction for both Ammonia - Water and Methyl acetate - Water - Toluene systems. SRA gave unrealistic values of mixture densities for both systems and was discarded. SA gave a somewhat good result with Peng Robinson EOS for the ammonia-water system, but not that good in Redlich Kwong EOS and very poor in Van der Waals EOS. SA does not give reasonable estimates of the mixture densities with the three EOSs considered for the methyl acetate - water - toluene system.

Індекс рубрикатора НБУВ: Л111.33-51 + З362-04

Рубрики:

Перемішування в твердому, сипучому і тістоподібному середовищі

Шифр НБУВ: РА436397 Пошук видання у каталогах НБУВ