Диссертация (1152206), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Параметры, определяющие давления в бункерепри процессе хранении МК, а. в конической части б. вцилиндрической частиДавление постоянно в определенной секции цилиндра бункера СД сопределенной высотой уровня МК. Давление на базе части цилиндра бункераСД обозначается 0 , на рисунке 2.3а; ℎ2 , ℎ1 , ℎ0 , ℎ − величины уровня МК в74бункере. Давления в цилиндрической части бункера определяется черезуравнение коэффициентов и параметров действующих, на дифференциальныйэлемент частиц МК при хранении в бункере СД из (см. рисунка 2.12а).Аℎℎ + ( + ) − − ( + ′ ) ℎ = 0,Аℎℎ + ( + ) = ( + ′ ) ℎ + , где,(2.19)Аℎℎ − коэффициенты, определяющие вес частиц молотого кофе;( + ) − давление направления вниз;( + ′ ) ℎ − коэффициенты, определяющие трение, котороедержат частицы МК; − давление направления вниз; − плотность молотого кофе;А − площадь цилиндра бункера СД;С − коэффициент периметра (мокрой поверхности от МК) в конусебункера;К − коэффициент подвижности (текучести) МК;С − коэффициент адгезий молотого кофе на стену;′ − коэффициент внутреннего трения молотого кофе по стенкамбункера.Перегруппируем слагаемые из уравнения (2.19) и получаем следующееуравнение: , = −−ℎ∫ ℎ = ∫( −−(2.20),),после интеграции уравнения (2.20) получаем:( ) − , (ℎ − ), (ℎ − ) = exp [{1 − exp []+]}, (2.21)где; − это давление на высоте H цилиндрической части бункера СД,при условии (С = 0).
Давление на базе цилиндра бункера будет уравнение(2.22) предложено Janssen:754, (−)0 = , {1 − exp []}4 (2.22)где; − диаметр цилиндра бункера СДМаксимальное давление, которое можно получить в бункере, вычитаетсяпри условии → ∞, тогда:0,макс = 4, (2.23)В результате вес молотого кофе уменьшается из-за трения прискольжениинастенкибункераСД.Максимальноедавление,онопропорционально диаметром , а обратно пропорционально коэффициентомвнутреннего трения , . Коэффициент , определяется по формуле (2.24) теорийWalker [181].=1 − sin 1 + sin (2.24) − эффективный угол трения. По предыдущим рисункам 2.12а,определяем давление, действующее в конической части бункера СД.
Давлениедля конической части бункера описывается:ℎ ℎℎ −1 = ( ) 0 +[1 − ( ) ] ; ≠ 1ℎ0−1ℎ0ℎℎ = ( ) 0 + ℎ [ ] ; = 1ℎ0ℎ0}(2.25)Где ℎ0 − это высота действующее давление 0 (давление в конусебункера) и − коэффициент формы бункера (конус). Коэффициент формыбункера определяется:2′ ∗=,∅(2.26)где, ∅ − половина углы стены конуса бункера, D∗ − коэффициентфункция распределения (D∗ = 1), а B ′ , определяется по формуле (2.27).′ = (2∅ + 0 )1 − βw (2∅ + 0 )(2.27)760 = + (); >2(2.28)Таким образом, полученные уравнения достаточно точно позволяютопределить расчетные коэффициенты давления, действующие в конической ицилиндрической частях бункера СД.Результаты экспериментальных исследования формы частиц и сыпучестиМК (п.
2.1-2.3) подтверждает, что поведение в процессе истечения МКотличается от жидкости. Результаты анализа определения, коэффициентовнапряжения частиц МК калибрируется в интервале (0.3 – 0.6 Па).Гидравлическая скорость истечения МК предложена Л. Зенковой (2.16)составляет 1.33 (м/с) и не учитываются параметры сыпучести МК, поэтомунеобходимо найти адекватную формулу для определения скорость истеченияМК.2.3. Скорость свободного истечения МКСкорость истечения молотого кофе определяется из уравнения (2.29)полученного из анализа (см. рисунок 2.11, п.2.2).
Коэффициенты, которыезависят от канала расхода бункера СД и сыпучести молотого кофе.20− + = ∂2( )Где,22( )(2.29)− − коэффициенты зависимости от канала расходабункера, ∂ − ускорение зависимости от повышения скорости истечения МК,0− коэффициенты зависимости от сыпучести МК, −высота бункера.При увеличении скорости истечения молотого кофе, то ∂ → 0. Скоростьистечения будет равна.и = √2ℎ( ) [ −0] , [м/с](2.30)77Где, и − скорость истечения МК, − коэффициент истечения (для МК= 0.3), − ускорение силы тяжести, 0 − сопротивление сдвигу, −плотность МК, − коэффициент зависимости от формы бункера СД ( = 1 дляконической части бункера), − диаметр отверстия канала истечения; −угол наклона бункера СД, ℎ − уровень МК в бункере.Полученная формула (2.30) скорости истечения и позволяет, строитьграфики зависимости скорости истечения МК от конструктивных параметровбункера СД на рисунке 2.13.
Практика показалась, что адекватные параметрыдля хорошего истечения МК из бункера СД составляют бункер с размеромвыпускного отверстия = 0.10 м и угол наклона = 31.4° на рисунке 2.14.Рисунок 2.13. Характерные зависимости скорости истеченияМК, учитывая угла наклона бункера а. от диаметраотверстия бункера СД, б. от уровня МК в бункере СДОпределение скорость истечения, время истечения и кругового полянапряжений в сыпучей среде МК позволяет выявить параметры бункера,обеспечивающего стабильность истечения молотого кофе без сводообразованияи правильно настроить объемный дозатор СД для эффективности оценкикачества продукта [155].78Результаты анализа исследования и проведенные расчеты по формуле(2.30) показывают, что скорость истечения МК из бункера СД калибрируетсямежду (0.1 – 0.4 м/с).Рисунок 2.14.
Скорость истечения МК при изменении уровня иугла наклона = 31.4°2.4. Параметры конструкция бункера стаканчикового дозатора(БСД)Чтобы обеспечить устойчивое течение молотого кофе из бункера СД,необходимо правильно определить его геометрические размеры и параметрыконструкция: форму, угол наклона стенок , минимально допустимый размервыпускного отверстия бункера мин .Одним из показателей, характеризующим конструкцию бункера СД(круглый, квадратный, щелевой, сложный и т. д.), предназначенного дляобъемного дозирования неправильных форм частиц МК является критический(минимально допустимый) размер выпускного отверстия мин бункера СД .На рисунке 2.15а, нормальное напряжение σх , больше чем критическийтензор напряжения МК σc , поэтому при истечении МК из такого конструкции79бункера, не образуется своды.
Но если диаметр отверстия истечения бункерауменьшить при условии того что напряжение свободного истечение в условияхкритического состояния молотого кофе σc будет больше чем нормальноенапряжение с постоянным углом наклона бункера СД, то образуется своды(рисунок 2.15б). Точка пересечения между критическим напряжением σc инормальным напряжением σх является минимальным диаметром отверстияистечения бункера СД для молотого кофе.Рисунок 2.15.
Параметры бункера СД а. при появлениисводообразования, б. без сводообразования.Критический размер отверстия для молотого кофе определяется поформуле [130]:мин = ,(2.31)где, мин − критический размер выпускного отверстия бункера СД длямолотого кофе, м; − коэффициент зависимости от формы бункера СД; −напряжение свободного истечение в условиях критического состояниямолотого кофе, Па; − плотность молотого кофе, кг/м3; − ускорениесвободного падения, м/с.80Результаты анализа параметров напряжения, сил равновесия, давления искорость истечения МК в бункере СД позволяет определить адекватныепараметры конструкция бункера, чтобы расход МК был массовый и без сводов.Практика показалась, что минимальный угол наклона стенок бункера (мин)составляет 27° для среднего помола МК с минимальным диаметром мин = 4 ∗102 , мм2 и время истечения = 20 , а для тонкого помола 50° с минимальнымдиаметром мин = 2 ∗ 102 , мм2 и время истечения = 40.2.5.
Моделирование с использованием метода дискретныхэлементов МДЭМоделирование МДЭ (Метод дискретных элементов) для расчётадвижениябольшогоколичествачастицМКпозволяетмоделировать,оптимизировать и обработать движения всех частиц отдельно как сплошнаясреда в системах непрерывного дозирования [150]. Один из первыхинструментов для инженерного моделирования с возможностью МДЭ, являетсяSTAR-CCM+. Наиболее известны следующие программы, реализующие методдискретных элементов: Chute Maven (Hustrulid Technologies Inc.), PFC2D иPFC3D, EDEM (DEM Solutions Ltd.), GROMOS 96, ELFEN, MIMES,PASSAGE®/DEM.Важнойприиспользованиирассматриваемыхметодовявляетсявозможность визуализации моделируемых процессов с использованием системкомпьютерногозрения(СКЗ)илисиспользованием3D-виртуальнойреальности [16, 152, 154].
Такие процессы как процесс истечения и дозированияМК, чтобы решить проблемы создания автоматизированной системы контроляв потоке основных показателей качества молотого кофе с помощьюразработанных методов и математических моделей, адекватно отражающих,происходящие в дозаторах СД процессы ДМК81Метод был первоначально применён Cundall в 1971 для решения задачмеханикигорныхпород. Williams, Hocking и Mustoe детализировалитеоретические основы метода [173-175].Целесообразность этого метода в примере продукта молотого кофеобусловлена тем, что он предполагает рассмотрение поведения дискретнойвнутренней структуры МК в гравитационном поле и происходящие в сыпучейсреде взаимодействие отдельных частиц МК.
При моделировании процессаистечения МК этим методом задаются начальные положения и скорости частицмолотого кофе [176, 180].Результаты экспериментальных данных свойств МК приведены в (п. 2.12.3) используются как параметры моделирования процесса истечения МК.Моделирование реальной геометрической формы частиц молотого кофезатрудняет задачи моделирования и описания правильных дифференциальныхуравнения процесса истечения молотого кофе из бункера СД. ЧтобымоделироватьчастицМК пореальнойгеометрическойформе,былииспользованы 3 поверхности фигуры (рисунок 2.16г) для определения уголвнешнего трения МК.На рисунке 2.16 показывается результаты моделирования формы частиц,диаметры частиц, высота, ширина объемной массы частиц и горка МК дляопределения угол внешнего трения.Проведенный численный анализ показал, что на угол внешнего тренияМК, рассчитанный методом МДЭ, существенно влияют эффективные значениякоэффициентов трения скольжения , который калибрируется (0.3-0.8).Результаты численных экспериментов при различных значениях показывают,что частицы имеют угла внешнего трения от (27° – 45°).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
