автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.14, диссертация на тему:Гигротермические и массообменные свойства зерновых материалов

Одеська державна акаделия холоду

Б6Д1Н ФЕД1Р ПАВЛОВИЧ

УДК 633.1.004.12.021.2

ПГРОТЕРМ1ЧН1 ТА МАСООБМШН1 ВЛАСТИВОСТ1 ЗЕРНОВ51Х МАТЕПЛЛ1В

Спещальшсть 05.18.14. — "Холодильна технология

хапчових птю луков"

1 1 ' V

АВТОРЕФЕРАТ

дисертаца на здобуття вченого ступеня кандидата техшчних наук

Одеса— 1998

Дисертащею е рукопис

Робота виконана в Одеськш дepжaвнiй академп холоду (ОДАХ)

Мшютерства осв1ти Украши.

Науковий кер1вник — доктор тсхшчних наук,

професор Загоруйко Басиль Онисимович, Одеський державний морський ушверспет, професор кафедри суднового енергетичного устаткування та техшчно! експлуатацп флоту.

Оф1щйн1 опоненти: — доктор техн-чних наук,

професор Гришин Михайло Олександрович, Одеська державна академия харчових технологш. ппо(Ьесос каЛедпи технологи

1 1 л. ■ ■

молока та с-ушшня хаочових псодуктш; — кандидат техшчних наук,

професор Ошщенко Володимир Петрович, Одеська державна академш холоду, завщуючий кафедрою 1нзсенерно1теплоф1зики.

Провщна оргатзащя: шститут техтчно! тeплoфiзики

нащонально! академп наук Украши, вщдшення тепломасообмшних процеЫв та устаткування, м. Кшв.

Захист вщбудеться "_"_1998 р. о "_" годиш на

заещашп епещаягзованох вчено! ради Д.05.20.01 при Одеськш

державши академп холоду (270026, м. Одеса, вул. Дворянська 1/3).

3 дисертащею можна ознайомитися в б!блютсщ ОДАХ.

* •» ■ «I»

Автореферат роз1слании

1 АЛО _

р.

Вчений секретар

спевдал1зовано1 ради

д.т.н., професор Р.К. Нпсулыпин.

Вих.№

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ.

Акгуальтсть робота. Одшею з основних задач транспортного пронесу е забезпечення збер1гання груз1в, IX млькоот та якоста шляхом дотри-мання оптимальних рсжим1в збер1гання, перевантаження та перевозки.

ОЛЛ ^ТТТТТ» О * »1 ЛТГД Т» ТУ^ГТГ/\ТЛТ-Ч 1 ГТвПДВ ЛОЛУ ЮТД \ * та О ТГТО'ЛЧ <ПГ1

VVхс 1 х>:uxwцv и И^'^ии-^^х оип^ишЫи иишм/ш« /ни ихД"

носяться до вологих пгроскогачних матер1ал1в. В 1х масг маютъ мюце склад-ш тепловологов1 пронеси. Вони обумовлеш процесами "дихакня" та жкт-тед1яльносп мгкрооргашзм^в, й тюно пов'язаш зг структур но-мехашчними та теплоф1зичними характеристиками зернового насипу.

пт/шхоигши о гг«аигхг5 тот«1и с »■■1 гч>лль*лпи/и1 тча *<<1ллл^шии1

ниши^Хии 1»1Ш и Дшии«. 1 wj-ixii.ilV ии л Л ¿«лыъ'Ч-'Ч'О^ш.Д-их

властивосп зерна та зернового насилу, яга в велшсш -\iipi впливають на формування м1крокл1мата вантажа в процеа його перевозки та збер1гання. 1х визначення е складною задачею за вщсутшстю в данийтермш простих! точних методе прямого експер1мента;1ьнош визначення. Таким чином под-алыш Д0Сл1д>КсННл ПГрОТсрмхЧНО! ргвноваги ВОЛОГИХ МаТсрЫШШ та рОЗриб-КД аНаЛХТИЧНКХ МСТОДШ раЗраХуНКу КОеф1Ц1СКПЗ 7а р!БКЯНЬ БйутрШШЬОГО

масопереносу е акгуальними.

Задача визначення масообмшних характеристик зернового насипу ускладнюеться тим, що на останш в значний М1р1 впливае ряд зовшшшх факторш: умови навантаження, висота насилу, вхбрацхя корпуса судна пд-родинагшчт умови конвективного переносу тепла та вологи по мЬкзерно-вим каналам та ш. 0бл1к у<ах щх фактор1в приводе до атзотропносп ефек-тивних значень коефоденпв та струм1в тепла 1 маси, ям формують локаль-ний гакроктмат в зерновш ма<аврепш, ф1зичш умови морського тран-спортування насипних груз ¡в.

Метою ще! робота е дос.пдження пгротершчних властивостей гречки в пгроекотчнш обласп, а також розробха теоретичних методов розра-хунку сфекгавних коефиаенпв зерна та зернового насипу.

Ршення ще! задач1 потребувало розробити та досл1дити:

- методику узагальнення даних гпротерм1чно1 р1вноваги гречки в широкому пггервал! параметр£в золотого повпря, використовуючи об-межеш експериментальш дат про 1'х р1вноважне вологоутриман-ня;

— методику аналогичного описування 1 складання р1внянь стану вологих матер!ал1в в пгроскопичнш обласп;

машинш методи для описування пгротерм1чно! равноваги гречки та подання даних в формах, придатних для практичного вживания;

— методи нер!вноважно! термодиналпки для одержання диференщ-альних рЬнянь пигомих струшв вологи в зерш та зерновому насилу ;

— ф1зичнш метод досл1дження струлпв парово! та рхдинно1 фаз в канатах капшгрно-лористих коло!дних тпл на грунт! потеншально! гсорп сорбцп В.О. Загоруико;

— аналггичний метод розрахунку кинетичних коефвдагпв масопе-реносу 'л рахунком багатофакторних зв'язшв зернового насилу з зовншшими умовами.

Наукова новизна дано! робота вмнцуе в собк

— аналтачний охшс стр>тоурно-мсхашчнкх властивостей зерна та зернового насипу (густина, шпаруватлсть), з рахунком виду зерна та рпних зовшшшх факгорш;

— нову форму одногараметричного р1вняння стану вологих матер1а-Л1в, яка забезпечуе бшьш точний опис характеристично!' криво!;

— систему д1ференцшних р1внянь тепло- та масопереносу 31 спожи-ванням потенщал1в переносу 74 ср, яка бшьш зручна в дослщжен-Ш1Х сгащонарних та нестацюнарких пол1б в зерновому насипу;

— аналгтичш залежносл для визначення ефективних коефщент^в бт'7р1шнього масопереносу в зерновому насипу;

— таблиш теплоф1зичних властивостей, характеристичну номограму та теплову {^Н-дааграму р1вноважного вологоутримання гречки.

Науков! положения, яга захшцаються в робота

— застосування потенщально! теорн сорбщ! е изрекшим для опису пгротермггллх властивостей гречки;

— запропонована в дисертацп нова форма однопараметричного р1в-няння стану гречки забезпечуе бшьш точний опис характеристично! криво! й придатна для розрахунюв термодинам1чних власти-востс** я" ^^м з"гп/

— фхзичний метод до^дження масообм1нних характеристик зернового насипу, який забезпечуе аналогично визначення ефективних коефщенпв внутршнього масопереносу в зерновому насипу з ура-хуванням зовшшшх фактор1в;

- система д!ферсншальних pisremb тепло- та масопереносу в перс-лннних Т та ф, яка забезпсчуе корскгаий опис концснтращйних пол ¡в в зерновому насипу;

— метод розрахунку струмгв волошго повпря в м1жзернових каналах в пол1 грав1тацшних сил.

Практична Ц1нн1сть рсботи. Складен! в наслвдок викокаких досл1д-жень р1вняння приведених р1вноважних вологоутримань пшеницц гречки та деревинно-волокниетих матер1ал!в призначега для огптпзащйних ро-зрахунюв технолопчних процес1в транспортування та збер1гання морсь-ких вантаж1в.

За допомогою одержаних р^внянь розраховаш таблиц! приведених вологоутримань гречки, побудована характеристична номограма та тепло-ва (1-Н-дааграма uid кулыури. Таблищ та дааграми призначега для вико-ристовування персоналом порт1в та суден, яш займаються перевозкою во-логих вантаяав. Розрахунков1 Marcpiain можуть бути вихористанх також фах1вцями-технологами в розрахунках процеав переробки зерново!' про-дукци.

Запрспонованкй аналгппнкй метод розрахунку коефздента масопереносу в зерновому насипу в комплекс! з д1ференщальними р^вняннями тепломасопереносу дозволяють вир1шувати пракгичн! задач! по визнзчен-ню концентрацшних та температурних пол!в в об'ему тркхшв та сховищ в конкретних умовах перевезекь.

Упровадження резулът^гпв дослщжснь. Роботя викошшл в рймкзх нро-грами наукових доашджень 1ТТФ HAH Украши, М1жнародно1 акадсмп холоду та академп наук техшчно! к!бернетики Укргини по стаоренню банку даних об р1вноважних вологоутриманнях, пгроскотчних властивостях та масообмшних характеристиках техшчно важливо! харчово'х продукца.

ГРППТТРШ THDtrouua mDunniiwuTjv ппттпглл.тпт«UL т« wipAmtcimi

4/lWlU^l.lU ..1. Ч 11. 1 . 41. V4J.1U1 . jjl i.'.U'.U lU ■WWli'iM'Vlliil .4M

сопереносу досл!джених в робот! речовин та теплова d-H-дааграма вико-ристовуються в учбовому npoueci при читанш курсу "Суднова холодильна техшка", роздали "Техшчне кондищювання вантаж1в" та "Teopii' теплома-сообм!ну", а також для розрахункдв процеав тепломасопереносу в курсовому' та дипломному проекгуванш.

Апробащя робота. Ochobhí положения та окреш результата дисерта-uii доповщались й обговорювались на м1жнародному KOHrpeci по xÍMÍ4HÍñ технологи (ЕССЕ-1, Флоренщя, 1талш, 1997 р.) i на науково-техшчнш кон-ференцп професорсько-викладацькош складу та наукових ствробтшив Одеського державного морського ушверсшпу, 1997 р.

Структура та об'ем робот?! Дисертац1я складаеться Í3 вступу, чошрь-ох глав, висновку та додатку. Робота викладенана 186 сторшках, bmí-шуе 10 рисушав, 20 таблиць, список л1тератури з 91 наименування та до-дат^' на 33_ CTopimcax.

3MICT РОБОТИ.

У встугц в стисло! форм1 сформульоваш транспорт характеристики зернового насилу як насипного вантажу транспортних суден. Обгрунтова-на актуальнють теми, сформульоваш цзл* л задач! дослщження, показана каукова хпннхсть i hgbüshu рсбоиГ, а таксж мстоди, ОСНОБК2 результата та

IIpUKiri'-iHU Uiiiiií^iЬ ДимИДлчиМЬ.

В першш niaBÍ дисертацй розшяну-ri особливосп побудови твердого скелета зернини. Дано огляд найбшьш вщомих та достхдарних експер1мен-тальних даних, емшр1чних ргвнянь та методик для опису пгротерм1чно1 рзвновагк шигсрхоШБ росликного походжсккя. Прсанал130ван0 теорстичн! р1вняння адсорбцп та кашлярно! коцденсацй. Показано, що найбшьш при-йнятною для вщображення cvmíchhx процеав адсорбци i катлярно! кон-денсацп в реальних зернових Marepiarrax е потснщачьна тщля сорбцц В.О. Затору й ко, яка дозволяе на ochobí модельних зображень доменжм структури noBepxHi сорбента í температурноГ залежносп диполь-дипольно! взаемодн описувати теоретично результата експер1ментальних дос.гпджень в rirpoc-котчно1 облает!

В друлй главт подана розробка методики отримання р"1внянь пгро-терм1чно! р1вноваги вологих матер! алíb на приклад1 пшенищ та деревкн-но-волокнистих MaiepianÍB (ДВМ). Показано, що найбшьш прийнятною формою опису експер1ментальних даних по пгротерм!Чно! р1вноваз1 е метод характеристичних кривих та його бсзрозм!рна форма

РЬняння (1) дозволяе класти на одну криву bcí експериментальш дат, яга одержат не тшыа за р1зних температур, но й речовин р1зних видав, але подобиях по структур!. Таким чином однопараметричне р1вняння стану (1) (його графшна форма, яка називаеться характеристичною кривою)

забеспечуе:

— бшьш яюсне зшаджування експериментальних даних засобом утя-гування в обробку результатов досл!джень багатъох авторов та поз-бавлення вш випадкових точок;

— науково-обгрунтованс навсдсння характеристичних кривих мате-ршлш по обмеженому числу експериментальних даних;

— можлив'сть передобчислювання пгролерм1чних властивостей ма-тер1ал1в, що мають схожу структуру з базовыми ргчовкнами.

В глав1 доопджеш та оброблешхаракгеристичш крив! вах сорта пше-нищ та дсревинно-волокнистих матер1ал1в. В результат! запропоновано новий тип р1внянь, яю враховуютъ вс! особливосп поведднки харзктсрис-тичних кривих них матер1ал1в та бшыы точну !х апрокамашю.

Для значень 0,075<#<0,32

' - ( тт п

оп<\ь I.

V//-»/

^ I

Для значснь 0,32<Я<1

IV = ехр

ах(Н0 -!)+&! ят

■11

(2)

(3)

Пор!вняння розрахункових та базових значень \¥ дае середньоквад-ратичну погр!шнкть 5^=0,5 %.

На основ1 ргвнянь (2) и (3) запропоновано бшьш точний способ виз-начення масоемкостей вологого матер1алу

С ОН ^

('/ткр ~ ^

(дН\

мн

УдТ) '

(4)

Цей метод дозволяе виключити з розрахушав двухпараметричну форму р1вняння стану

IV - ф • ехр

V

(5)

яке по точносп апроксимацд характеристично!' криво! поступае ртнянкям (2) та (3).

Дослужено пгротермичну р1вновагу гречки. Одержано одно-1 двух-параметричне ртняння и стану. Коефвденти р1внянь (2) та (3) пшениц], гречки та ДВМ показат в таблищ 1. Погршшсть апроксимаци 5с =1,25 %.

Таблица 1.

Параметры р{ВНЯНЬ (2) 1 (3) значения для

пшениц ДВМ гречки

а 7,943191 7,181058 8,778722

Ь 2,609661 2,531518 2,782401

с -25,23592 -23,45603 -27,809953

с! 25,146943 23,300067 28,735573

а, 1,80547 2,054514 1,604911

Ь, -0,032 Г\ П0 4 и,ии 1 О П"70 и,и 1 С.

с. -0,32 -0,32 -0,32

0,34 0,68 0,68

На 6а31 р1йНлль (2) — (5) СКиадсН! ХараЗисрйСш-Ша К0М01рама, 1си-лова ё-Н-дааграма та доклада таблиц! ргвноважного вологоутримання! ма-соемкостей гречки в пгроскошчнш облает!. Одержан! результата надан! в формах, зручних для ¡нженерних розрахунюв.

В третш глав! проведено термод!нам1чний аяалп процеЫв переносу енерги \ речовини в системах з розвиненою поверхнею роздалу фаз. В основу метода покладеш сл!дуюч! засновки, як! визначають тдхвд автора до застосування термодинамнси незворотних процеав в багатокомпоненгних гстерофазних системах з урахуванням потенщальног теорп сорбцц В.О. За-шруйго:

1. Структурна неоднор!дшсть матер!ала е просторо !зотропна. Це оз-начае, що !нтегральн! стввщношення м!ж фазами волошго тша (твердий скелет, сорбщонна волога та р!вноважна з нею пара) сира-

■о А ТТТТТЛ» 1 ТГТТС? Й?*7П._«ГЬ'ЛГЛ РТМТАТГГОЛИГХГГ.

2. Перенесения вологи розглядаеться для кожно! фази зокрема вщпо-в!дно з термодинам!чними силами, а сумарний потж нормуеться на загальну геометричну поверхню.

3. Молекули сорбата знаходяться гад д^янням потенщального поля по-

верхш сорбента. Потеншальна енерпя цнх молекул в no.ii поверх-Hix сил

П"=КпТ1пР/р„, (6)

П' = RnTln % -v'\Ca +—). (7)

/ ч V DnJ

4. Справедлива гшотеза локально! р^вновзги. Цс означав, що у межах елеменгарних областей конпшума Bei види зв'язано1 вологи зна-ходягься у термодинам1чнш piBHOBa3i мш собою й 3i своею парою. Умовою цього е р1вшсть повних х1м1чних потегацал1в кожно! компонента

М'+П' = М" + П" = цР = Из(Р-)+Япт/п Р/р •

Така модель вологого тша дозволяе застосувати понятгя польових пе-рем1нних до досл1дження його внутртнього масопереносу. Загальне piß-няння балансу довшьно1 величини А в елеменп об'ему визначаегься вира-женням

A = jpadV. (9)

V

Ii повна зм1на в часу може здшснюватися з двох причин: попк вели-чини А зовш у середину объема I'. або наявшсть v середин! об!сма джерелз (стоку) величини/1.

р il + dlvIa=Ca_ (10) а ~

Локальна форма I та II закошв термодинам1ки встановлюе зв'язки м!ж потоками тс плоти, ентальпп i ентропи в замкненш термодинам1чшй сис-тем1

7 — Г -TT an

л q _1J ~' ' 1 s

Для в1Дкрито! термодинамхчно! системи густина теплового потока у вологому матер1ал1, сини якого не проникнет для воздуха, приймають вигляд

Iq=Ih-»p-Im. (12)

В лшейнш нер1вноважно1 термодинамвд потис пропорцшний силам, яи вшшикали цей пота. 3 врахуванням перехресних ефекпв загальне ви-раження для питомого потока вологи в 3MiHmix <р, Т, або Р, Т мають вид

=

-(й;+Я„77иф)

тт

тт Р [ КПТ2

^тЬ

~1п"

V Т\

(13)

(14)

1з цих р1внянь здобуп потенщали переносу вологи в однофазнш об-

ласи

-"ет лиф*Ч'' ш '-ту

Для двухфазного потеку загальне вираження мае вид

=-лтч>(^Ф+8ФУ4

(15)

П6)

1 =Ъ ' л. 1 " '"тф '"шр '"дар*

х - Я»-', ■ ^

е = -

тер

1.' -4->." ■ • тф • • ■ икр

(17)

(18)

(19)

Зерновий насип (натура) по свош теплоф1зичним властивостям вщ-рдзняегтъся вщ вщповщних властивостей окремо! зернини з-за наяносп мик-зернових щшин, заповнених всшогим повирям. Повиря може вшьно руха-тись в середиш насилу шд вшшвом мехашчних або гравгащйних сил. При великих швидкютях потоку пов1тря (штучна вентишпця) \иж воздухом та зерном порушуеться термодинам1чна р1вновага 1, внаслщок цього, виникае тепломасообмш М1ж ними. В цьому випадку штенсившсть тепломасообмь ну визначаеться р1вняннями зовншшыя тепломасоотдач1

Для нерухомого, або повшьно рухомого повгтря в м1жзернових каналах (природна конвекцк) хнтенсивнхсть тепломасообмшу визначаеться р1в-няннями внутршньог тепло- та масопровщностг За умовами справедли-востг гтотези локально! р1вноваги р1вняння (15) — (19) можуть бути за-стосоваш до розрахунив масообмшних характеристик зернового насипу.

Прицьому слщ застосовуватиефективш значения коефиденпв внутршшьо! масопров1дносп.

Виконаш досл1дження показали, що в зерновому насилу мае \псце зм1шаний парор-1динний полк: р!динно1 фази по зернам та парово'1 фази по зернам та м1жзерновим каналам. При дьо.му в^дносний коефвдент термо-вологопров1дност1 сумшп визначасться р!внянням (18), а величини кое-(Ыц1енпв фазового потоку еЕ 1 масопровшносп яш входять до нього, будуть визначатись адигивними формулами (з врахуванкям закону' дифузи)

Гтф=(1-с)^тф+ср,Д 22

г" = 1- , .Д-23

(1 -с)Х^+ср50

Аналгз р!внянь (22) 1 (23) показуе, що ефекгивний коефпцент масоп-ровщносп Xе зернового насилу значно вище, шж у зернини при невеликих значениях волоюу гримання, а коефпуент фазового потоку вцршы-егься вщ ноля у вс!и пгроскоп1чши ооластхгчоефвдент вщносно! терново-логопров1дност1 насилу зерна 5' \ Ъ\ на порядок вище, шж у зернини, що св1дчить про наявшсть в ньому великих кснценлрашйних пол1в за рахунок. ¿нтснсивного термодафузшного псрсносу вологи по ьпжзерновим каналам. Причому- крива стащонарного розподшення вологи в зерновому насилу ро-зм1щуеться в тепловш й-Н-д1аграм1 практично по вертикал1.

В период тр а не порту в а ння морем великих мае вантаж!в виникають нестащонарш потоки тепла 1 вологи, яга зв'язат з добовимита рейсовими коливаннями параметр!в зовюшнього середовища. Для 1х корекгаого опи-су 1 дослщження нами одержана система диференцшних р1внянь в потен-щалах у { Т т основ! диференщйного р1вняння материального балансу контишума та р1вняння термодинам1чного стану вологош матер1алу. За рахунком джерела теплота цу 1 маси gp при "диханш" вантажу

= + + 24

РнСтТ^- = сИ^пт^ + ?,^т] + ёу 25

иХ

Тут:

— приведений коефщент тсплопров^дносп зернового насилу

приведений косфвдент масопровдаосп

>п = > /гор т<р

1 —

С,

тр

с„

(V.

27

— приведений коефщент дафуз!!

л

ат =•

1-

с7х

(V +е-г|)

Рн-С,

тТ

• приведении Б1ДНОСНИИ КОСфпЦеНТ ТСрМОВОЛОГОПрОБХДКОСП

С •?„ »¡ф

^-^(й'+б-т,)]'

/Яф

28

29

• приведений коефщ1ент Дюфо

Я ^тф О у =-

(я' + е-п).

30

Анал1з р1внянь (24) — (30) показуе, що масообмш слабио впливае на тештопроводшетъ насипу, в той час як йога вппив на коефшхент масопро-Е1дност!, термовологопров1дносп та дифузи значно 1 повинно враховува-тись в теплотехшчних розрахунках.

Четверта глава присвячена розробщ теоретичних методав розрахунку коефвдентгв внутршшього масопереносу зерна та зернового насипу. В результат! виконаних досл!джень встановлено, що маеообм1нш характеристики зернових матер!ал!в в значно! м!р! залежать в!д !х структурно-меха-шчних властивостей. В результат анал!за ¡снуючих експериментальних даних отриман! р!вняння для визначення густини зерна, зернового насипу та його шпаруватосп в пгроскошчнш облает! з врахуванням набухання, яш пдш для будь я ко го виду й сорту зерна. Показано, що характер шпаруватосп визначае стушнь набухання! густи ну зернятки при сорбцп. Запро-понована залежшеть густини зернятки мае вид

Рз =Ро

1 + И

и

1 + Р о-

31

Густина \ шпарувагють зернового насипу залежать в!д багатьох фак-

тор1в: вологосп зерна, його виду та сорту, а також способу навантаження, висоти насилу та в1брацп судна на переход!. Отримат залежностт маютъ вид:

ф!зична густина

Рф =РС

шпаруватипъ

( Р. 1,14 + 0,1951 1+-^

0,36

Iй

-г СИ

32

1 + ^

С* =1-

1+и

-РФ

33

Значения коефвдеттв а, Ь, с для основних зернових культур наведет в дисертацп. Р1вняння (31) — (33) використаш нами гад час визначення коефвдеттв внутр1шнього масопереносу.

В рхвняннях (15) — (19) невщомими е тшьки два кинетичних коефь щента чисто! масопров1дностг. У'т1р для р1динно! та л."^ для парово! фаз. Коефвдент масопровиносп р1динно! фази визначений нами з умови течц в'язко!р!дини в щелинах! каналах вологого ттла. р1внянняруху в зовшшнь-ому потенщальному пол! (яйцо знехтувати конвективними та квадратич-

ными членами) мае вй1 ляд

vAv=V{RrTTlnq>).

34

де Д — оператор Лапласа.

Ршення р!зкякня (34), нормування потоку на ззгальиу гесметричку поверхню зернини та приведения його до форми р!вняння (16) дае нам значения ксефвдента масопроввдноеп раданно! фази

X' =

' тр

/1 «Л — я2 .1, я т

V* ' "¡Го "о! -о* "Я *

12-у,-ср

1 +

V Р

р,«

•г

35

Величина нормируючо! функцн цг' визначена вираженням

Но

С ми Ш,

36

а в!дносна в'язисть сорбцюнно! вологи

•1 (1 + 0,6 • е ~°'04Н° + 65 ■ е ).

7

-^- = 12| 1-4/и— 37

293^

Таким чином, наявнклъ рхвняния стану \¥---]{Н0) Бологого магер!алу доз-воляе визначити значения норм1руточо1 футжци ц> ' ,яка визначае мЬквидову вмзнаку. Б зв'язку з цим ми загтропонувалк формули перел!ку коефцденлв масощкшдносп в зерш по табличним значениям базовоУ рсчовини пшенихд.

В зерновому наскпу боло га рухаеться в вигляд! р!дини по кашлярям зернини та в вигаяда пари по м1жзерновим каналам. Рух пари по мЬкзерно-вим каналам можливо шляхом дифузи пари в нерухомому повпр!, а також молярного переносу пари рушшнкм повирям. Дл;; керухомого повпряв м!ж-зернових каналах ефективнийкосфщснт масопровщноет1 зернового насилу (яыцо знехтувати теч1ею пари по зернит)

={\-с)Х,Я11?+ср, О. 38

Осхати ксефкцектк внутр1шньо! масопров^.ггнос-п визначаютъся ви-раженнямк (18) та (19), в яга п1дстзв.ляються \"х ефективн! значения.

В робоп проаналповано випадок конвективного потоку вологого по-В1тря по м1жзерновим каналам. За використанням р1вняння Навье-Стокса для в'язгал теч1 середовшца в м1жзернових каналах одержано ргвняння перекосу пари в пол! гравп-ацшних сил. Доведено, пт густина потоку' зале-жить вiд штенсивноот температурного та конценграцшного шшв в зерновому насипу. Ефекгавш коефвденти вздовж ос1 г в р1внянш (16) визначаютъся вираженнями

е Сф "р! пр

-ГТТ^-^-Г""*' 40

"-V4 Т Клт2' 41

I Г \ "

Си х ' ') 42

Ри Ст

тТ

де приведений коефвдент дифузи вологи в повир! з рахунком молярного

переносу пари визначаетъся ршнянням

Р*СФ ¿э а [-ЕУ (Я,

- - 4 Ч ^е J

16рсвуЮ2(1-Сф)

Анал1з одержаних р1внянь показуе, що вклад кожнох з складово! ма-сопров1Дност1 насипу залежить вщ його вологоутримання. Основний пере-шс маси здайснюеться конвекгавним шляхом по мшсзерновим каналам. Вклад кожного члена: р1динно1 течи по зерну — Хт, дифузи пари Хв та молярного переносу пари Хь по м^жзерновим каналам для пгроскошчно\' обласп показано в таблищ 2.

ф X 108, т ' XVI. / АТХ V \ 1П8 тут*/-* г-г* IV! / ¿»X С/ У 1П« "Ча ' ТУТ4/» *■ г» IV1 ; хгх V X Ю8 туг ' Ь-Г"1 /»#■/"» XVI / А УХ V 8 5 3 /5" £? 1010 ГП2 ' ж *2 //-» 1»Х / V

0,2 0,33 16,1 36 52,4 0,9937 0,9931 60,8

0,5 1,09 16,1 90,1 107 0,9898 0,9894 153

0,7 3,35 16,1 126 145 0,9769 0,9764 119

0,9 15,4 16,1 162 194 0,9206 0,9201 51,6

1 52 16,1 180 248 0,7903 0,7903 25,1

В робот! проанал!3оваш також значения ефективних величин фазового потоку, термовологопровиност! та дифузи в зерновому насипу.

ОСНОВН1 РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ.

1. Комплекс виконаних досл1дасень дозволив встановити, що потенщ-альна теория сорбци В. О. Зашруйко е наушво-обгрунтованною формою збагачсння та вшображсння copбцioннoi равноваги реальних вологих матер1ал!в, включаючи зерновг. На п баз1 збагачена

пгротерлична р1вновага гречки 1 збудована и характеристична но-мограма.

2. Розроблена нова форма однопараметричного ршняння стану воло-

гих матер1ал1в. Одержан! р!впяння та коеф!щшти характеристич-них кривих пшенищ, гречки та ДВМ, яи забезпечують бшьш ви-соку точнхсть апроксиыацп та пологии ххд псршкх поххдних.

3. Отримано двухпараметричне р1вняння стану гречки. На йоге основ! створена програма! розрахсван! на ЕОМ доклада! таблиц! Г! г!г-ротерм!чних властивостей: р!вноважного вологоутримання и, ¿зо-тсрлпчно! СцТ та ¿зопотснщально! Сш(рмасоемкостей в пгроскошч-Н1К ООЛаСТ!. 1100\ДС'БГ(Ни ТС плов а и-Н-ДшГраМа ГрСЧКИ, ЯКи ЗПДНы ДЛЯ

!нженсрних розрахунив к!нстики та статики вологих матер!ал1в.

4. Методами нер!вноважно! термодинам!ки 1 на основ! потенщально1 теори сорбцп побудована система диференщйних р!внянь тепло-масопереносу з потентатами ф та Т. Отримаш р!вняння масопере-носу в шроскошчшй облаем. Вишр поченцюлш ф « Т нолегшуь задач! дослщжёння тепловолошвих полт в зерновому насипу.

5. Досл!джеш струкгурно-мехашчш властивост! зернинита зернового

насипу. Проанал!зоваш й збагачеш наявш експериментальш даш по основним видам зернових. Запропоноваш залежноетт для виз-начення 1>стини Зсрнини, зерновОхх) насипу та йоге Шхшрувашсп для будь якого виду зернових.

6. Обгрунтовано метод теоретичного розрахунку коеф1щент!в внут-р!шньо! масоггров^дносп зернини та зернового насипу. Отримаш рЬняння для розрахунку коефщхентхв масощхшдносп X , вщнос-но'х термовологопровщност15 фазового потоку е та дифузп ат для зерна та хх ефекгивних значень для зернового насипу. Табульоваш значения цих величин для зерна гречки в дшрокш обласп зм!ню-ванняр!вноважнихпараметр1в ф 1 Г по даш в додатку.

7. Дослщжено тепломасообм!н в зерновому насипу з рахунком конвективного потоку вологого повпря. Отримаш та проанал!зоваш р!вняння коеф!щент!в внутршнього масопереносу з рахунком ди-фуз!йного й молярного переносу пари. Дана !'х пор1вняльна оц!нка.

о. Шдсумки дослхдження педанх в фирмх, лка дозволяс включити хх в автоматизований банк даних про г!гротерм!чн! та переносш влас-тивосп вологих матер!ал!в ! придатних для оптиматизащйних розрахунив технолопчних процеив транспортування! збер!гання зернових вантаж!в.

Основний з\пст дисертацн викладений в публ!кашях:

1. Бедин Ф.П. Гигротсрмическое равновесие гречихи. Ж. Приднт-ровський науковий вкник. Машинобудування. Вид. "Наука i ocBi-та", 1998, № 5 (72), с.33-41.

2. Бедин Ф.П. Определение внутренней массопроводности гречихи. Ж. Придгапровський к ау ко вин в!сник. Машинобудування. Вид. "Наука i освЬ-а", 1998, № 11 (78), с.5-14.

3. Загоруйко В.А., Бедин Ф.П. Исследование стационарных полей вла-

госодсржаний в насыпной массе пшеницы. Ж."Холодильная техника и технология". Одесса, 1997, № 57, с.42-44.

4. Zagcruvko V. A., Golikov A.V., Bedin F.P. Phenomcnological equations and potentials mass transfer in moist materials. The first European Congress on Chemical Engineering, Florence, Italy, 1997, p. 3101 - 3103.

и - Билогоутркмання Бологого материалу; IV - прнведепе волсгсутрк-мання; п - ширина пирк, л - шменц^гши 1я сорбатз; - газова стала величина; Т - температура; Р - тиск; ср - вЦносне вологоутримання; и - питомий об'ем, шв ид клеть нотою,7; ст - поверховий натяг, коефнрент ма-сов!ддач1; к - энталъгпя, товщина адсорбщйно! типвки; ц - х1\пчний потен-щал; р - густина; а - питомс значения польопс; величини А, ксефздент збивистостт М1жзернового каналу; I - густина потоку; т - час; Ь - кинетич-ний коефипент, висота насилу зерна; X - коефшент тепдопровщносп (ма-сопровщносп); бп- шдносний кoeфiцieнттepмoвoлoroпpoвiднocтi; е - кое-фшдгнт фазового потоку; г - теплота фазового переходу; О - тепловий пота; О - маса; а - коефвдент теплов1ддач1; О - коефвденг дифуз!!; Си - теп-лоемюсть; С , СтГ - гзопотенщальна та ¿зотермгчна масоемкостц V -коефвдент кшематично! в'язшеп; ат - шеф^ент дифуз!!; й?э - сквивален-тний дшметр; ш - коефцдшг форми зернини; д - густина тештозидшенкя; g - густина масовидшення; © - приведена температура.

Надрядков1 ¡ндекси

I - р1динна фаза; 11 - парова фаза; э - екв!валентний; П - приведений.

Пщрядков1 ¡ндекси

5 - стан насичення; р - при тиску Р; П - пара; в - повпря; т - маса; (р - при потенщал1 переносу <р; Т- температурний; Н - насип; V - об'ем; д - тепловий; з -зернина; 0 - нулевий (початковий), приведений; ф - ф1зичний; ж -редина; г - вертикальна вюь; пр - приведений.

АН0ТАЦ1Я.

Бедш Ф.П. Пгротерм1чш та масообмшш властивост1 зернових матер1ал1в. Дксертащя на здобуття вченого ступеня кандидата техшчних наук по спсщ-альност 05.18.14. — "Холодильна технолопя харчових продукпв". Одсська державна академ1я холоду. Одеса, 1998

Захшцаються три науков! робота, яю мютять результата дослщжень пгротср1>пчкоз равноваги гречки. Задача вир1шена на основ! потенцшаль-но1 теори сорбцп. В робот! використано аналогичный метод визначення внут-ршнього масопереносу в зернит и зерновоз насилу. Одержат диферен-щальш рхвкяння нестащонарно! масопров1дност! зернового насилу б по-тенщалах. ф 1 Т, зручш для використання в шженернш практищ. Отримаш таблищ р1вноважного вологоутримання 1 коефвденти внутр1шнього масо-

Т-Г\/Ч 1 С-Т-* 1||/^ 1 11111.

Ключов1 слова: пгротерм1чна р^вновага, сорбщя, зерно, зерновий на-сип, переносы властивосп, фазов1 струми, коефпденти внутрппнього масопереносу, екв1валентш значения.

АННОТАЦИЯ.

Бедин Ф.П. Гигротермическиб и массообменные свойства зерновых материалов. Диссертация на соискание ученой стспскк кандидата технических наук по специальности 05.18.14.-"Холодильная технология, пищевых продуктов". Одесская государственная академия холода. Одесса, 1998.

Защищаются три научных роботы, которые содержат результаты исследований гигротермического равновесия гречихи. Задача решена на основе потенциальной теории сорбции. В работе использован аналитический метод определения внутреннего массопереноса в зерне и зерновой насыпи. Получены дифференциальные уравнения нестационарной массо-проводности зерновой насыпи в потенциалах ф и 7", удобные дня использования в инженерной практике. Получены таблицы равновесного влагосо-держания и коэффициенты внутреннего массопереноса гречихи.

Ключевые слова: гигротермическое равновесие, сорбция, зерно, зерновая насыпь, переносные свойства, фазовые потоки, коэффициенты внутреннего массопереноса, эквивалентные значения.

SUMMARY.

Bedin F.P. Hygrotheimic and mass transfer properties of food grains. The dasser-tation on award of a degree of the candidate of technical sciences on speciality 05.18.14.-"Refrigerating engineering of food stuffs", Odessa State Akadcmy of Refrigeration. Odessa, 1998.

Three scientific papers are presented for consideration which contain the results of rccearch hygrothermic equilibrium the buckweat. The problem was solved on base potential theory of sorption. In work used analitical method for determine inner mass transfer in grain and filled mass of wheat. The differential equations of nonstationary mass transfer in potentials cp and T have been obtained. Tliey are coiivciiieiii for m^meerm^ Tixe tables of equilibrium moisture content and coefficients of inner mass transfer of buckweat have been obtained.

Key words: hygrothermic equilibrium, sorption, grain, filled mass, transfer properties, phase flow, mass transfer, coefficients, equivalent.

m. Одеса. Ротапринт ОДАХ. ГЦдписано до друку 5.02.98 Обсяг 1,0 др. арк. Тираж 100. Замовлення 25-98