Методика определения и результаты измерений коэффициента жидкостного трения во влажных зерновых материалах

УДК 664.724

В.С. КУНАКОВ, В.А. ТЫЗЫХЯН

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТА ЖИДКОСТНОГО ТРЕНИЯ ВО ВЛАЖНЫХ ЗЕРНОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

В статье описан метод нахождения коэффициента, характеризующего свойства жидкостной плёнки, и произведён его расчёт для различных сельскохозяйственных культур.

Ключевые слова: бункеры сельскохозяйственного назначения, зерновой материал, жидкостное трение.

Введение. В сухом зерновом материале количество влаги ничтожно мало и не оказывает существенного влияния на трение в зерновом материале. Силы трения зёрен между собой и стенками бункера носят характер сухих.

Опытным путём установлено, что максимальная сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения тел и приблизительно пропорциональна модулю силы нормального давления, прижимающей трущиеся поверхности друг к другу, а сама сила сухого трения определяется по закону Амонтона-Кулона. Однако при повышенной влажности между зернами образуется жидкостная прослойка, что полностью меняет характер трения зёрен между собой и стенками бункера - силы трения начинают носить характер жидкостных.

Теоретическое обоснование: при движении зернового материала влажностью свыше 30% в бункере сила трения между частицами сыпучего материала определяется как [1]

F = с1 V ,

где с1 - коэффициент, характеризующий свойства жидкостной плёнки между зёрнами; V - относительная скорость движения частиц сыпучего материла.

Сила трения частиц, которые при движении касаются стенки бункера, определяется по формуле

F = с0-Г,

где со - коэффициент, характеризующий свойства жидкостной плёнки между зерном и стенкой бункера; V - скорость движения частицы по стенке бункера.

Коэффициенты, характеризующие свойства жидкостной плёнки, соответственно равны:

Ч 0'

С1 = ;

а о

ч 0  ^

со = ,

а о

где По - коэффициент вязкости жидкости; Sl - площади контактных поверхностей зёрен; dо - толщина жидкостной плёнки; Ss - площадь контактной поверхности зерна и стенки бункера.

По формулам (1) и (2) определить величины сі и со достаточно сложно. Авторами статьи разработана экспериментальная методика (рисунок) для определения их значения, смысл которой заключается в следующем. На плоскость 1 при помощи пластилина закреплены зёрна влажностью 30%, с ними контактируют зёрна, закреплённые на пластине 2, тоже обладающие влажностью 30%. К пластине 2 привязана нить, которая проходит через блок 3 и к концу которой привязан груз 4. При помощи груза 4 пластина 2 приводится в движение. Изменяя массу груза 4, необходимо добиться равномерного движения пластины 2.

Рассмотрев рисунок и проанализировав все силы, представленные на нём, можно записать второй закон Ньютона:

где т1 - масса груза 4, подвешенного на нити; д - ускорение свободного падения; Т - сила натяжения нити; Ртр - сила трения; т2 - масса пластины 2 с закреплёнными на ней зёрнами.

Сложим уравнения (3) и (4), тогда получим:

где Сісум - суммарное значение коэффициента, характеризующего свойства

у -- ^

жидкостной плёнки между зернами, закреплёнными на пластине 2, и зернами, находящимися на плоскости 1.

Поскольку движение пластины 2 является равномерным, то из выражения (6) значение

^ \ тф х

" г-1 ^

I.

Схема прибора для определения коэффициента, характеризующего свойства жидкостной плёнки между зёрнами

т1  g - Т = т1 а;

Т

т  g - Р'тр = а (т1 + т2> . Подставим значение силы трения в уравнение (5) и получим:

т1 g - С1сум ' V = а (т1 + тг) ,

Разделив значение С1суМ, полученное по формуле (7), на количество зёрен, находящихся на пластине 2, мы определим значение С1 - коэффициента, характеризующего свойства жидкостной плёнки между зёрнами в расчёте на одну зерновку. Для определения со необходимо убрать зёрна с площадки 1 и провести опыт. Расчёты производятся аналогично, как и при определении с1.

Используя гипотезу Ахматова [2] о равномерном уменьшении коэффициентов, характеризующих свойства жидкостной плёнки с понижением влажности, и зная, что при кондиционной влажности с1 и с0 равны нулю, можно определить их значения для сельскохозяйственных культур различной влажности.

Результаты экспериментов и их обсуждение. Экспериментально опыты по определению коэффициента, характеризующего свойства жидкостной плёнки, были проведены для таких сельскохозяйственных культур, как пшеница, подсолнечник и горох. Число повторностей опыта при определении каждого из коэффициентов равняется 7. Среднестатистические результаты, которые были получены после проведения экспериментов по определению с1 и со для различных сельскохозяйственных культур, представлены в таблице.

Данные, полученные при определении коэффициентов, характеризующих свойства жидкостной плёнки

Вид зерна Влажность, % Коэффициент с1 10-2 кг/с £, % Коэффициент О) 10-2 кг/с £,%

Пшеница 15 0.06 - 0.08 -

20 0.43 - 0.5 -

25 0.8 - 0.92 -

30 1.17 3.6 1.34 3.5

Подсолнечник 15 0.11 - 0.13 -

20 0.69 - 0.75 -

25 1.26 - 1.36 -

30 1.83 3.2 1.97 3.1

Горох 15 0.12 - 0.15 -

20 0.76 - 0.87 -

25 1.4 - 1.59 -

30 2.04 2.9 2.31 2.8

Из данных, полученных в таблице, видно, что зерновые материалы имеют различные коэффициенты, характеризующие свойства жидкостной плёнки. Наибольшее значение коэффициентов сі и со у гороха, а наименьшее - у пшеницы. Но разница между Сі и Со для одного и того же зернового материала при различной влажности незначительна, поэтому при проведении сложных вычислений коэффициенты могут быть приравнены между собой.

Выводы. В данной статье разработан простой метод, с помощью которого удалось определить коэффициенты, характеризующие свойства жидкостной плёнки между зернами сі и свойства жидкостной плёнки между зерном и стенкой бункера со для различных сельскохозяйственных культур.

Библиографический список

1. Кунаков В.С. Интенсификация процессов выгрузки сводообразующих зерновых материалов: Дис.... д-ра техн. наук. - Ростов н/Д, 1998. -407 с.

2. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. / А.С.Ах-матов. - М.: Физматгиз, 1968. - С. 473 с.

Материал поступил в редакцию 18.05.09.

V.S. KUNAKOV, V.A. TYZYKHYAN

TECHNIQUE OF DEFINITION AND RESULTS OF MEASUREMENTS OF FACTOR OF LIQUID FRICTION IN DAMP GRAIN MATERIALS

The method of the finding of the factor characterizing liquid friction properties is described. The calculation for various crops is made

КУНАКОВ Виктор Стефанович (р. 1942), доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Физика» ДГТУ. Окончил РГПИ в 1965 году. Научные интересы - механика сыпучих материалов.

Имеет более 100 научных публикаций.

ТЫЗЫХЯН Владимир Асватурович (р. 1986), аспирант ДГТУ (очной формы обучения). Окончил ДГТУ в 2008 году.

Научные интересы - механика сыпучих материалов. Имеет две публикации по этой теме.

aspirant1986@ rambler. ru