РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ СЕПАРАЦІЇ ДРІБНОГО ЗЕРНОСОЛОМИСТОГО ВОРОХУ
2.1. Фізична модель дрібного зерносоломистого вороху, що перебуває на сепаруючих поверхнях очистки
Дрібний зерносоломистий ворох являє собою складну полідисперсну систему змінного неоднорідного складу. Під час перебування на сепаруючих поверхнях очистки він зазнає одночасної дії змінного інерційного поля коливального руху решітних станів та повітряного потоку вентилятора. При цьому відбувається процес перерозподілу компонентів вороху та відокремлення їх від основного потоку.
Основним елементом складних процесів сільськогосподарських машин, який значною мірою впливає на якість отримуваного продукту, є механічний рух потоків тіл, що характеризуються взаємодією між собою та з оточуючим середовищем [78].
Процес сепарації дрібного зерносоломистого вороху на жалюзійних решетах очистки можна розглядати, як рух потоку тіл змінного складу з відокремленням від нього.
Ворох, що знаходиться над жалюзійним решетом, продувається повітряним потоком вентилятора очистки. При продуванні щільного шару сипкого матеріалу висхідним потоком газу чи рідини проходить його псевдозрідження. Для кількісного описання процесу псевдозрідження за основний параметр приймають швидкість потоку зріджуючого агента в розрахунку на повний переріз апарату, так звану умовну швидкість фільтрації ?ф.
В щільному шарі повітряний потік проходить по міжпорових каналах. Зі збільшенням швидкості фільтрації збільшується середня "відокремлена" швидкість, і, як наслідок, аеродинамічні сили, що діють на кожну частинку шару. При певних значеннях швидкості фільтрації настає момент, коли піднімаюча сила стає рівною або більшою сили тяжіння частинок, що призводить до їх відносного зміщення та збільшення загального об'єму шару. Зменшення взаємного тиску частинок викликає збільшення рухомості шару. Межею, що визначає перехід шару з щільного в псевдозріджений шар, вважають таку швидкість фільтрації, при якій порушується щільна структура шару, а його аеродинамічний опір досягає максимуму. Цю швидкість називають критичною швидкістю псевдозрідження [48,74].
Критична швидкість псевдозрідження монодисперсного середовища визначається:
, (2.1)
де ? - коефіцієнт кінематичної в'язкості зріджуючого середовища, м2/с;
de - еквівалентний діаметр частинок, м;
Reкр - критичне число Рейнольдса.
Наведена закономірність дає надійні результати для шарів частинок однакових геометричних розмірів, форми, питомої маси. Однак, як відзначає С.С.Забродський, навіть для реальних "багатофакторних" шарів фактично існує не одна критична швидкість, а критична область швидкостей псевдозрідження [48].
Дрібний зерносоломистий ворох - полідисперсне середовище, тому для нього характерні дані зауваження. Компоненти вороху значно відрізняються між собою фізико-механічними властивостями. Очевидно, що при продуванні повітрям в шарі вороху одночасно проходить декілька процесів: фільтрація повітря між крупними фракціями та їх розпушення; псевдозрідження та винесення легких фракцій.
Розпушення та псевдозрідження шару дрібного зерносоломистого вороху здійснюється за допомогою вертикальної складової похилого повітряного потоку вентилятора очистки зернозбирального комбайна. Тому умовна швидкість фільтрації шару вороху, що знаходиться на решеті очистки, повітряним потоком, складає:
, (2.2)
де с - швидкість повітряного потоку, що продуває решето, м/с;
? - кут нахилу повітряного потоку до горизонту, град.
Середнє значення швидкості повітряного потоку в камерах очисток зернозбиральних комбайнів складає 3...5 м/с, а кут нахилу до горизонту становить близько 30?. Отже, величина умовної швидкості фільтрації шару вороху значно перевищує значення критичних швидкостей псевдозрідження для зернових мас (табл.2.1), із чого можна зробити висновок, що зернова фракція вороху не утворює на решеті суцільного щільного шару, а перебуває в стані псевдозрідження.
Таблиця 2.1
Значення критичних швидкостей псевдозрідження, отриманих теоретичним та експериментальним шляхом для зернових матеріалів (за даними П.В. Блохіна [14])
Зернова масаКритична швидкість псевдозрідження ?кр, м/стеоретичнаекспериментальнаПшениця0.930.85Жито0.900.78Гречка0.780.75Просо0.620.68Горох1.211.40
Компоненти незернової частини вороху мають питому вагу значно меншу, ніж зернова фракція. Очевидно й швидкість псевдозрідження повинна бути меншою. Однак в реальних умовах довгі соломисті часточки вороху внаслідок довільної орієнтації утворюють на поверхні решета просторову решітку, що значно погіршує рухливість шару. При цьому дія повітряного потоку лише сприяє частковому збільшенню об'єму (прозорності) шару, однак не спричиняє повного зникнення механічних зв'язків між частинками.
Дрібні соломисті домішки (полова, коротка збоїна) мають швидкість витання меншу, ніж швидкість повітряного потоку в камері очистки, а отже й будуть виноситись повітряним потоком з шару вороху. Інтенсивність виносу дрібних частинок залежить від концентрації їх у шарі матеріалу, різниці між швидкостями фільтрації та витання ?ф - ?в , та опору матеріалу дифузійному переміщенню частинок всередині шару.
В псевдозрідженому середовищі інтенсивно проходить процес сегрегації - перерозподілу компонентів по висоті шару за рахунок різниці у питомій вазі та розмірних характеристиках. Зернові частинки вороху, що характеризуються високою питомою вагою, опускаються в нижню частину шару. Компоненти незернової частини переміщуються до поверхні. Наявність довгих соломистих частинок в складі дрібного вороху ускладнює процес сегрегації. Утворюючи просторову решітку, вони створюють опір переміщенню зернових частинок в нижню частину матеріалу, що погіршує сепарацію зерна з шару вороху під час перебування на решеті очистки.
Отже, шар дрібного зерносоломистого вороху, що знаходиться на сепаруючій поверхні очистки, перебуває в стані псевдозрідження. Наявність соломистої р