Исследования по определению тепловлажностных характеристик плотного слоя зерна

УДК 631.171

ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛОТНОГО СЛОЯ ЗЕРНА

Пиляева Ольга Владимировна

к.т.н., доцент кафедры Агроинженерия Красноярского государственного аграрного университета Ачинский филиал Россия, город Ачинск

Аннотация: Приведены данные исследования по тепловлажностным характеристикам плотного слоя зерна. Опыты проводились по определенной методике.

Ключевые слова: сушка зерна, экспериментальные исследования, влагоперенос.

STUDIES TO DETERMINE THE CHARACTERISTICS OF HEAT AND HUMIDITY DENSE LAYER OF GRAIN

Olga V. Pilyaeva

PhD, Associate Professor of Agroengineering of the Krasnoyarsk State Agrarian University Achinsk branch Russia, the city of Achinsk

Abstract: data research in heat and humidity characteristics of a dense layer of grain. The experiments were conducted according to a certain method. Keywords: drying of grain, the pilot study, the moisture transport.

Основной целью является определение изменения тепловлажностных характеристик в зависимости от влажности зерна.

Применительно к технологическому процессу сушки зерна в зерносушилках шахтного, камерного и бункерного типов с плотным состоянием слоя сушимого материала, который связан с взаимосвязанным и взаимообусловленным протеканием внутренних и внешних процессов тепло- и влагопереноса и тепло- и влагообмена, основными тепловлажностными характеристиками являются:

1) теплофизические;

2) влажностные.

К первой группе относятся следующие параметры: •коэффициент теплопроводности Я; •коэффициент температуропроводности а; •коэффициент теплоемкости С; •дополнительные (проверочные) характеристики:

- удельная объемная теплоемкость ср;

- коэффициент теплоаккумуляции (теплоусвояемость) в . Ко второй группе относятся:

• коэффициент массопереноса;

• потенциал влагопереноса;

• удельная изотермическая влагоёмкость;

• дополнительные (проверочные) характеристики:

- полный водный потенциал;

- удельное влагосодержание.

Все характеристики тесно связаны причинно-следственной, функциональной и корреляционной формами связи с основными переменными состояния процесса сушки зерна -влажностных № и температурой в зерна, а также с постоянным параметром - начальной плотностью зерна р.

Коэффициент теплопроводности Я рассчитывали с помощью цилиндрического электрического зонда постоянной мощности конструкции НИПТИМЭСХ АЗ РФ (разработчики А.Ф. Эрк, В.Н. Бровцин, С.К. Манасян), представляющего собой усовершенствованный вариант цилиндрического зонда Л.Ф. Янкелева. Методика расчета описана в [1; 3].

При вычислении коэффициента температуропроводности использовали результаты измерений с помощью данного цилиндрического зонда при его направлении и охлаждении, пользуясь методом регулярного режима, разработанным Г.М. Кондратьевым.

Теплоемкость образцов зернового материала определяли калориметрическим способом.

Образцы исследуемого материала отличались следующими параметрами: культура, сорт; влажность, влагосодержание; плотность, насыпная плотность, порзность; температура, энтальпия (теплосодержание).

Для определения тепловых характеристик плотного слоя зернового материала провели экспериментальные исследования на лабораторной установке, содержащей следующую аппаратуру: прибор ИТХ9П, измерительный блок (включающий стабилизированные источники мостовой измерительной схемы и подогревной обмотки зонда, измерительную схему и усилитель) и вторичный регистрирующий прибор. В приборе ИТХ9П в качестве теплового зонда используется полупроводниковый цилиндрический зонд. Относительная погрешность прибора не превышает 5%. Время теплового воздействия 4-5 мин., чувствительность прибора по температуре 1°С.

Опыт проводили по следующей методике. Зерновой материал увлажняли в специально приготовленных полиэтиленовых мешках в течение трех суток, перемешивание проводили два раза в сутки. По каждой культуре (пшеница, рожь, овес, ячмень) приготовили по 11 образцов с влажностью от 10 до 35%.

Некоторые результаты проведенных экспериментальных исследований представлены на рисунке 1, который наглядно иллюстрирует сложный характер изменения теплофизических характеристик плотного зернового слоя в зависимости от его влажности.

Л дхЮ* Вт//м П 0.20

015

О.Ю

м/с 0.20 зш 2Ш 1Ш /,

ОБ \\ V/

О.Ю —

¡^ _ _ 2Ш Па/ зы

и '

0.05 — — — —

Ю

20

30

¿£7

Рисунок 1 - Зависимость теплофизических показателей слоя зерновых культур (тип слоя 1) от влажности: а - температуропроводность; Я - теплопроводность; 1- ячмень; 2- рожь; 3 -

овес

Исследования показали, что на теплофизические характеристики зернового материала наибольшее влияние оказывает его влажность. С увеличением влажности зерна, находящегося в плотном состоянии слоя, для всех видов зерновых культур коэффициент теплопроводности Я ,

удельная объемная теплоёмкость ср и коэффициент теплоаккумуляции в

( Я 1

возрастают. Что касается коэффициента температуропроводности а а = — , то его значение

I сР)

при увеличении влажности с 10 до 14% повышается, но, достигнув максимума, снижается с дальнейшим увеличением влажности зерна, а в области повышенных значений влажности от 28% его значение практически постоянно. Сложная зависимость термических коэффициентов от влажности зерна объясняется наличием разных форм связи влаги в материале, разной величины энергии для удаления влаги из зерна.

С увеличением плотности зерна теплофизические характеристики повышают свои значения по билинейному закону, близкому к линейному.

Вид и сорт зерновых культур заметно влияют на теплофизические характеристики, но они мало влияют на тип зависимости их от влажности и плотности зерна [2].

Для того чтобы определить оптимальные режимы технологических операций сушки и активного вентилирования зерна в бункерных установках (кроме коэффициентов, связанных с теплообменом), необходимо знать и коэффициенты, связанные с влагообменом коэффициенты массопереноса, потенциал влагопереноса J и удельная изотермическая влажность зерна. Полный влажностный потенциал ф зернового материала зависит от влагосодержания и температуры. Для того чтобы исключить зависимость его от температуры, использовали метод нестационарного субстанционального потока при изотермических условиях, теория которого основана на решении задачи теплопроводности для системы двух полуограниченных тел при граничном условии IV рода, соответствующего идеальному контакту.

Применение данного метода позволило обосновать вид зависимости методу J

: < = оТЬ;

' (2) J = крюО.

Коэффициенты 0 и Ь, зависящие от вида и сорта зерна и состояния слоя зернового материала, определяются в результате обработки экспериментальных данных.

Установленные теоретическими и экспериментальными методами тепловлажностные характеристики плотного слоя зерновых культур необходимы для расчета систем управления и регулирования термовлагообменными процессами при сушке и активном вентилировании зерна и для определения оптимальных параметров технологических режимов сушки, вентилирования и хранения зерна.

На основании всего вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1) наибольшее влияние на тепловлажностные характеристики зерна оказывает влажность;

2) все тепловлажностные характеристики зерна имеют сложный нелинейный характер изменения в зависимости от влажности;

3) в диапазоне влажности от 10 до 14% все основные теплофизические параметры плотного зернового слоя (теплопроводность, теплоемкость, теплоаккумуляция и температупроводность) являются неубывающими функциями (причем наиболее сильно возрастает теплопроводность, а наименее, - почти константа, -температупроводность));

4) температуропродность и теплопроводность зерновых культур в диапазоне от 14 до 20% снижаются;

5) в диапазоне от 20 до 28% температупроводность снижается еще быстрее, чем в предыдущем диапазоне влажности зерна, а теплоемкость, напротив, возрастает;

6) в области повышенных значений влажности от 28 до 35% с увеличением влажности зерна температуропроводность также продолжает снижаться, но с меньшей скоростью (для ячменя) или практически постоянна (для других зерновых культур), а теплопроводность возрастает со значительной скоростью, приближаясь к значению 0,20 Вт/м °С, что почти в 2 раза больше его значения для зернового материала в сухом состоянии.

Список литературы:

1. Худякова, И.В. Оптимизация процесса сушки зерна пшеницы в рециркуляционных зерносушилках типа РД и У2 - УЗБ на основе имитационного моделирования: автореф. дис. ... канд. техн. наук / И.В. Худякова. - М., 2002. - 25 с.

2. Малин, Н.И. Технология хранения зерна / Н.И. Малин. - М.: КолосС, 2005. - 240с.

3. Резчиков, В.А Технология зерносушения./ В.А. Резчиков, О.Н. Налеев, С.В. Савченко. -Алма-Ата: Изд-во АТУ, 2000. -363с.