Введение к работе
Актуальность работы. Продовольственная безопасность страны во многом зависит от состояния производственной и перерабатывающей базы для получения зерна, являющегося стратегически важным продуктом. Наибольший удельный вес в структуре зерновых занимает ведущая культура – пшеница, на долю которой приходится более 40% от общего сбора урожая.
Важное место в экономике народного хозяйства страны занимает рынок хлебопродуктов. При этом рыночные отношения приводят к колебаниям цен на зерно, зачастую уровень цен не удовлетворяет производителей, и они стремятся выйти на рынок со своим зерном, когда складывается благоприятный уровень цен. Практически это означает, что производители вынуждены создавать собственные зернохранилища с соответствующей инфраструктурой. Размеры таких зернохранилищ соответственно меньше, чем в современной элеваторной промышленности и оборудование также должно быть малогабаритное, но достаточной производительности. Все это относится к сушильному оборудованию, кроме того, оно должно быть неэнергоемким и экологичным.
В связи с этим актуальной является задача создания высокопроизводительных зерносушилок, реализующих новые способы сушки, позволяющие не ухудшить качество зерна.
Современные высокопроизводительные зерносушилки представляют собой сложные агрегаты с изменяющимися режимами и для их создания актуальным является развитие методов математического моделирования, которые позволят обосновать конструкции эффективных зерносушилок.
Цель и задачи исследования. Разработка математической модели процесса сушки движущегося слоя зерна в режиме инвертирования в связи с обоснованием техники для реализации данного процесса.
В соответствии с поставленной целью определены следующие основные задачи:
-оценить эффективность процесса сушки слоя зерна с инвертированием;
-получить зависимости для определения потенциала массопереноса зерна пшеницы и связанных с ним параметров;
-поставить и решить задачу потенциалопроводности для зерна с учетом его эллипсовидной формы численными методами и сравнить точность метода конечных разностей и метода Галеркина с аналитическим решением;
-получить зависимости коэффициентов диффузии в зависимости от температуры для зерна пшеницы;
-обосновать математическую модель сушки движущегося слоя зерна поперечным потоком сушильного агента и алгоритм ее расчета методом конечных разностей;
-построить алгоритм численного расчета сушки движущегося слоя зерна при неравномерном исходном профиле потенциалов зерна по высоте слоя;
-идентифицировать математическую модель сушки слоя зерна пшеницы по экспериментальным данным кинетики сушки;
-определить влияние инвертирования на интенсификацию процесса и равномерность сушки;
-разработать технические решения совершенствование техники сушки зерна, обеспечивающие равномерность сушки и высокую эффективность процесса путем реализации процесса, работающего по способу с инвертированием (чередованием направления) взаимодействующих потоков зерна и сушильного агента. Провести анализ экономической эффективности от внедрения модернизированного оборудования.
Научная новизна заключается в следующем: сформулированы математические модели процесса сушки через потенциалы влагопереноса во взаимодействующих средах; получены и сопоставлены решения задачи сушки зерна эллипсоидной формы и движущегося слоя методами конечных разностей и Галеркина; на основе полученных решений идентифицированы основные параметры влагопереноса в зерне пшеницы и в движущемся слое; математическим моделированием определены эффективные режимы сушки зерна с инвертированием.
Практическая значимость работы заключается в результатах теоретических и практических исследований, которые позволили разработать технические решения для реализации сушки движущегося слоя зерна пшеницы с инвертированием. На данное техническое решение получен патент РФ на полезную модель №83602.
Результаты разработок сушилки для зерна переданы для реализации ООО «Промстройматериалы» входящие в Ассоциацию «Южные Независимые Компании».
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на III международной научно-технической конференции «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности (приоритеты развития)», Воронеж, 2009; VI Международной научно-технической конференции «Наука, техника и технология XXI века (НТТ-2009)», Нальчик, 2009; Двенадцатой международной научно-практической конференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств», Барнаул, 2009.
Публикация результатов исследования. По материалам диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендуемых ВАК, и получен 1 патент РФ на полезную модель.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 159 страницах, содержит 45 рисунков и 17 таблиц. Список использованных источников включает 126 наименований на русском и иностранных языках.
