Результати чисельного моделювання механіко-технологічного процесу переміщення насіннєвого матеріалу олійних культур під дією повітряного потоку

Abstract

Система диференційних рівнянь процесу переміщення насіння в повітряному потоці в загальному вигляді не вирішується аналітичними методами. +Запропоновано вирішення подібних систем методом кінцевих елементів, який реалізовано при моделюванні в програмному пакеті STAR-CCM+. При моделюванні процесу методом кінцевих елементів задаються початкові положення швидкості насінин і повітряного потоку. Потім, виходячи з цих початкових даних заданих фізичних законів контактної взаємодії, обчислюються сили, що діють на кожну насінину в кожній інтервал часу. Для кожної насінини обчислюється результуюча сила і також вирішується задача Коші на вибраному відрізку часу, результатом якої є початкові дані для наступного кроку. В якості фізичних моделей для чисельного моделювання були обрані наступні: k-ɛ модель турбулентності розділеної течії, поле сили тяжіння, модель реального газу Ван-дер- Ваальса, модель дискретних елементів, модель багатофазної взаємодії. Метод дискретних елемен тів базується на законах збереження імпульсу і моменту імпульсу для Лагранжевих моделей багатофазного середовища. В результаті чисельного моделювання механіко-технологічного процесу переміщення насіннєвого матеріалу олійних культур під дією повітряного потоку визначені раціональні режимні параметри при умові максимуму коефіцієнта заповнення θ: ефективний діаметр насіння Dp = 3мм, подача насіння Q = 0,03 кг/с і швидкістю повітря V = 15 м/с.

Система дифференциальных уравнений процесса перемещения семян в воздушном потоке в общем виде не решается аналитическими методами. Предложено решение подобных систем методом конечных элементов, которые реализованы при моделировании в программном пакете STAR-CCM +. При моделировании процесса методом конечных элементов задаются исходные положения, скорости семян и воздушного потока. Затем, исходя из этих исходных данных заданных физических законов контактного взаимодействия, вычисляются силы, действующие на каждое семя в каждой интервал времени. Для каждого семени исчисляется результирующая сила и также решается задача Коши на выбранном отрезке времени, результатом которой являются исходные данные для следующего шага. В качестве физических моделей для численного моделирования были выбраны следующие: k-ɛ модель турбулентности разделенного течения, поле силы тяжести, модель реального газа Ван-дер-Ваальса, модель дискретных элементов, модель многофазного взаимодействия. Метод дискретных элементов базируется на законах сохранения импульса и момента импульса для лагранжевых моделей многофазной среды. В результате численного моделирования механико-технологического процесса перемещения семенного материала масличных культур под действием воздушного потока определены рациональные режимные параметры при условии максимума коэффициента заполнения θ: эффективный диаметр семян Dp = 3 мм, подача семян Q = 0,03 кг/с и скоростью воздуха V = 15 м/с.

The system of differential equations of the process of moving seeds in the air stream is not generally solved by analytical methods. A solution of such systems is proposed by the finite element method, which is implemented in modeling in the software package STAR-CCM +. When modeling the process by the finite element method, the initial positions, the velocity of the seeds and the air flow are specified. Then, starting from these initial data of given physical laws of contact interaction, the forces acting on each seed in each time interval are calculated. For each seed, the resultant force is computed and the Cauchy problem is also solved on the selected time interval, the result of which is the initial data for the next step. As physical models for numerical modeling, the following were chosen: k-ɛ split-flow turbulence model, gravity field, Van der Waals real gas model, discrete elements model, multiphase interaction model. The method of discrete elements is based on the laws of conservation of momentum and angular momentum for Lagrangian models of a multiphase medium. As a result of the numerical simulation of the mechanical and technological process of moving the seed material of oilseeds under the influence of the air flow, rational regime parameters are determined under the condition of a maximum filling factor θ: effective seed diameter Dp = 3 mm, seed supply Q = 0.03 kg/s and air speed V = 15 m/s.