УДК 631.36:62-52

МОДЕЛЬ СУШКИ РУЛОНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ В ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Валге Александр Мартынович1, Юнин Вячеслав Александрович2, Зыков Андрей Владимирович3, Кузнецов Николай Николаевич4
1Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства, ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории технологий и технических средств производства кормов из трав, доктор технических наук, профессор
2Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории технологий и технических средств производства кормов из трав, кандидат технических наук
3Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства, научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории технологий и технических средств производства кормов из трав
42Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н. В. Верещагина, кандидат технических наук, доцент, декан инженерного факультета

Аннотация
В настоящее время недостаточно изучен вопрос об использовании химических консервантов при заготовке зеленых кормов. Химическое консервирование является одним из эффективных способов заготовки расти-тельной массы, обеспечивающих минимальные потери питательных веществ и сохранение качества корма. За последние годы в нашей стране и за рубежом был испытан целый ряд бактериальных препаратов. Из них особый интерес по своему консервирующему действию, влиянию на качество корма представляет пропионовая кислота. В данной статье рассмотрен процесс распределения влаги и консерванта в рулоне при хранении под воздействием воздушных потоков. Построена математическая модель описывающая изменение влажности во всем рулоне. Для проверки и анализа разработанной математической модели выполно её решение в некоторых априорно заданных условиях с помощью программы разработанной в системе MathCAD. В ходе решения задачи выявлены участи ускоренной и длительной сушки рулона.

Ключевые слова: воздухораспределительные системы, выветривание, растительная масса, сено


MODEL OF THE DRYING ROLL UNDER THE ACTION OF AIR FLOW UNDER NATURAL CONDITIONS

Valge Aleksandr Martynovich1, Yunin Vyacheslav Aleksandrovich2, Zykov Andrey Vladimirovich3, Kuznetsov Nikolay Nikolaevich4
1Federal State Budget Scientific Institution Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production, Doctor of Science (Technics), Professor, leading scientific associate
2Federal State Budget Scientific Institution Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production, Can. of Sciences (Technics)
3Federal State Budget Scientific Institution Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production, research associate
4Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education the Vereshchagin State Dairy Farming Academy of Vologda, Candidate of Science (Technics), Associate Professor, Dean of engineering faculty

Abstract
In this article, the process of distribution of moisture and preservative in a roll during storage under the influence of air currents is considered. A mathematical model describing the change in humidity throughout the roll is constructed. To test and analyze the developed mathematical model, it was solved in some a priori given conditions using a program developed in the MathCAD system. In the course of solving the problem, the fate of accelerated and long-term drying of the roll was revealed.

Keywords: air diffusing systems, hay, vegetable mass, weathering


Рубрика: 06.00.00 СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Валге А.М., Юнин В.А., Зыков А.В., Кузнецов Н.Н. Модель сушки рулона под действием воздушных потоков в естественных условиях // Современные научные исследования и инновации. 2017. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2017/03/80057 (дата обращения: 02.06.2017).

Рулоны сена с внесенным консервантом после формирования в пресс-подборщике обматываются шпагатом и сбрасываются на землю. Далее рулоны подбираются и транспортируются на хранение. В хранилище рулоны размещаются таким образом, чтобы они были подвержены воздействию воздушных масс, при котором из рулона выводятся излишки влаги совместно с ведённым консервантом. 
Для исследования процесса удаления влаги при естественной вентиляции рулона рассмотрим следующую модель процесса.
Сделаем следующие допущения:
1. В процессе хранения рулон лежит на боку на влаго- изолирующем основании и с нижней его части влагоотдача отсутствует.
2. Выделим из центральной части рулона некоторую прямоугольную пластину толщиной .
3. Разобьём пластину на некоторое (нечётное) количество прямоугольников, между которыми осуществляется влаго- массо- обмен, рисунок 1.
4. Считаем, что влажность травы по всей пластине одинаковая и составляет 
концентрация консерванта так же по всей пластине одинаковая и составляет 
5. Выход влаги и консерванта из рулона происходит прямо-пропорционально в зависимости от внешних условий с верхней грани и боковых, правой и левой граней.
6. Выходные векторы влаги и консерванта с верхней грани (z1, z2, z3, z4, z5) отличаются от векторов выхода влаги и консерванта с торцов (z11, z6, z111 и z55, z10, z15), рисунок 1.
7. При удалении влаги с верхней грани и торцов пластины внутри пластины происходит перемещение влаги по некоторым векторам, представленным на рисунке 1.
Вектор со стрелкой направленной внутрь квадрата принимается со знаком (+), а выходящий из квадрата – со знаком (- ).
8. Процесс удаления влаги протекает некоторое время, после которого в рулоне устанавливается равновесное влагосодержание и отсутствует консервант.
9. Так как изменение содержания влаги и консерванта происходит по времени, то состояние всей системы описывается системой дифференциальных уравнений.

Разработка математической модели

Для составления системы дифференциальных уравнений используем схему, представленную на рисунке 1, с учетом знаков направления стрелок движения влаги в рулоне.

Рисунок 1. Схема векторов движения влаги и консерванта в элементарной пластине.

Введем следующие обозначения коэффициентов перемещения влаги внутри рулона и испарения с поверхности:

k1 – вектор перемещения влаги внутри рулона по горизонтали;

k2 – вектор перемещения влаги внутри рулона по вертикали;

k3 – вектор удаления влаги с верхней части рулона;

k4 – вектор удаления влаги с левого торца рулона;

k5 – вектор удаления влаги с правого торца рулона.

С учётом принятых обозначений, уравнение изменения концентрации влаги и консерванта в первом прямоугольнике имеет вид:

Аналогично для второго прямоугольника изменения концентрации влаги и консерванта уравнение имеет вид:

Разработанная система уравнений изменения концентрации влаги и консерванта для всех ячеек пластины имеет вид:

Анализ математической модели

Для проверки и анализа разработанной математической модели необходимо выполнить её решение некоторых априорно заданных условий. Реальное распределение потоков внутри и с поверхности рулона может быть получено после практического определения коэффициентов k1 – k5 в реальных условиях сушки рулона.

Для решения системы (1) необходимо задать начальные условия.

Примем для всех переменных начальное условие равное единице [1]:

Тогда решение системы (3) будет в условных единицах, и изменяться от 1,0 – при начальной влажности рулона, до 0 – при конечной влажности рулона.

Примем также, что воздушный поток, омывающий рулон движется с права на лево, т.е. левая часть является наветренной, а правая – подветренной.

Коэффициенты отдачи влаги приняты равными [2]:

Для решения задачи (2) – (5) в системе MathCAD разработана программа, рисунок. 2.

Рисунок 2 Программа решения задачи (2) – (5) в системе MathCAD

Решение задачи в графическом виде приведено ниже на рисунке 3 – 7.

На рисунке 3 приведены кривые изменения концентрации влажности по всем квадратам пластины. Как видно изменения происходят во всех ячейках, на рисунке 3 приведены все пятнадцать кривых, что затрудняет их сравнение и анализ.

Рис. 3 Кривые изменения всех переменных решения системы уравнений

Для упрощения сравнительного анализа разобьём решения и рассмотрим их в следующей последовательности:

  1. Изменение влажности верхних ячеек прямоугольника
  2. Изменение влажности ячеек левой и праовой торцевых ячеек.
  3. Изменение влажности внутренних ячеек прямоугольника

Рисунок 4 Кривые изменения влажности верхних ячеек прямоугольника

На рисунке 4 приведены изменение влажности верхних ячеек прямоугольника. Как видно изменение влажности происходит во всех ячейках примерно одинаково, и процесс сушки заканчивается в одно и то же время.

Рисунок 5 Кривые изменения влажности верхних левого торца прямоугольника

На рисунке 5 приведены изменение влажности ячеек левого торца прямоугольника. Как видно изменение влажности происходит в первой и одиннадцатой ячейках примерно одинаково, а в шестой ячейке сушка идёт, по сравнению с первыми двумя медленнее.

Рисунок 6 Кривые изменения влажности верхних правого торца прямоугольника

На рисунке 6 приведены изменение влажности ячеек правого торца прямоугольника. Как видно изменение влажности происходит по разному. Быстрее всех сохнет пятая ячейка, процесс сушки десятой ячейки происходит гораздо медленнее. А в пятнадцатой ячейке в начальный момент происходит даже увеличение количества влаги и далее только начинается процесс сушки. Полное высыхание ячеек происходит в разное время и дольше всех сохнет пятнадцатая ячейка.

Рисунок 7 Кривые изменения влажности ячеек среднего ряда прямоугольника

На рисунке 7 приведены изменение влажности ячеек среднего ряда прямоугольника. Как видно изменение влажности происходит по разному. Быстрее всех сохнет восьмая ячейка, седьмая и восьмая ячейки сохнут примерно одинаково, процесс сушки десятой ячейки происходит гораздо медленнее и не заканчивается за время решения задачи.

Рисунок 8 Кривые изменения влажности ячеек нижнего ряда прямоугольника

На рисунке 8 приведены изменение влажности ячеек нижнего ряда прямоугольника. Как видно здесь так же изменение влажности происходит по разному.

Быстрее всех сохнет тринадцатая ячейка, одиннадцатая и двенадцатая ячейки сохнут одинаково, процесс сушки пятнадцатой ячейки происходит гораздо медленнее и не заканчивается за время решения задачи.


Библиографический список
  1. Валге А.М. Использование информационных технологий при проектировании процессов производства продукции растениеводства А.М. Валге, Э.А. Папушин, Е.Г. Пакскина//Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2012. № 3. С. 17-18.
  2. Валге А.М. Модель процесса досушивания измельченного сена активным вентилированием /Валге А.М., Добринов А.В.//Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2003. № 75. С. 26-33.


Все статьи автора «Андрей Владимирович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: