ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СУШКИ ЗЕРНА В ЗЕРНОСУШИЛКАХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО

Поверхности, реализующие процесс сушки в первой зоне, говорят, что температура нагрева зерна (рисунок – 12а, б, в) в первой зоне прямопропорциональна начальной температуре зерна, зависимость близка к линейной. Это можно объяснить тем, что в этой зоне большая часть теплоты расходуется на нагрев зерна при небольшом влагосъеме (рисунок – 15а), при этом процесс влагосъема в пределах исследуемой области значений протекает по зависимости близкой к линейной.

Поверхности, реализующие процесс сушки (нагрев рисунок – 13а, б, в) во второй зоне, имеют явно выраженную оптимума (минимума), которая проецируется на плоскость () фактически по линии и . Данная линия представляет собой область оптимальности, в которой нагрев зерна минимальный и, следовательно, практически вся теплота идет на испарение влаги. При отклонении параметров от области оптимальности нагрев зерна резко возрастает. Закономерность изменения влагосъема (Рисунок – 15б) в этой зоне имеет также оптимальный (наиболее интенсивный) характер, аналогичный предыдущей зоне. Это стало возможным благодаря дифференцированию режимных параметров и оптимизации температуры нагрева зерна по зонам сушильной камеры.

Поверхности, реализующие процесс сушки в третьей зоне, характеризуется тем, что кривизна поверхности нагрева (рисунок – 14а, б, в) связана, главным образом, с параметром начальной влажности. Зависимость влагосъема (рисунок – 15в) аналогична зонам 1 и 2 и носит линейный характер. Это подтверждает правильность принятых теоретических предположений об оптимальности предлагаемого позонного способа сушки.

а) позонная шахтная зерносушилка с зонами отлежки	б) бункерная зонная зерносушилка
в) шахтная секционно–ярусная сушилка		г) шахтная ярусная сушилка
д) конвективно–кондуктивная многоярусная сушилка		е) камерная сушилка
ж) барабанная сушилка
Рисунок 16 – Варианты реконструкции зерносушилок на позонный способ сушки: 1 – зоны сушки, 2 – зоны отлежки с устройством для перемешивания зерна, 3 – шахта сушилки, 4 – загрузочный бункер, 5 – выпускной аппарат, 6 – подводящий диффузор, 7 – поворотный скат; 8 – вибратор магнитно–импульсного действия; 9 – выпускная заслонка; 10 – подающий транспортер; 11 – электродвигатель; 12 – сушильный барабан; 13 – козырек–отбойник; 14 – механизм регулирования воздухораспределения

Полученные теоретические и практические результаты исследований положены в основу построения дифференцированных режимов сушки реконструированных на позонный способ зерносушильных агрегатов и при разработке позонных зерносушилок.

Приведенные на рисунке 16 схемы устройства позонных зерносушилок наглядно демонстрируют простоту и эффективность предлагаемых решений.

Результаты имитационного моделирования подтвердили, что использование разработанной системы моделей позволяет осуществлять выбор эффективных режимов сушки в зерносушилках сельскохозяйственного назначения.

В пятом разделе приводятся результаты системной идентификации моделей процесса сушки зерна для зерносушилок различных типов, дается оценка корректности имитационных моделей и комплексная оценка эффективности предлагаемых решений по реализации позонного способа сушки зерна.

Идентификация многоуровневой модели проводилась с использованием многостадийной процедуры и включала структурную, функциональную и параметрическую идентификацию. Для моделей первого уровня (статика процесса сушки), представляющих собой систему нелинейных (билинейных) алгебраических уравнений, предложена первая стадия идентификации, основанная на экспериментальном способе, который реализован с использованием теплового зонда нестационарного теплового потока. Для моделей второго уровня (кинетика процесса сушки) представляющих собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений второго порядка, предложена вторая стадия идентификации, основанная на сравнительном способе, реализующем специальный вариант метода наименьших квадратов. Для моделей третьего уровня (динамика процесса сушки) представляющих собой систему дифференциальных уравнений в частных производных параболического типа предложена третья стадия идентификации, реализующая теоретический способ, основанный на решении обратных задач тепломассопереноса.

Модели первых трех уровней описывают процессы в слое зернового материала. Конкретный вид уравнений различен для каждого типа слоев.

Для моделей четвертого уровня, обобщенно описывающих процесс сушки в сушильной камере (обобщенная результирующая динамика процесса сушки зерна), представляющих собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений, предложена заключительная стадия идентификации (в качестве начального приближения идентифицируемых значений модельных коэффициентов берутся результаты идентификации предыдущей стадии), основанная на адаптивном методе и реализующая многошаговый алгоритм решения обратной задачи.

Результаты идентификации моделей (11) и (12) приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Значения модельных коэффициентов параметров

Тип сушилки	Вид зерна	Коэффициенты				Способ получения	Параметры зернового материала
Шахтная СЗШ–8 Шахтная СЗШ–16 то же Барабанная СЗСБ–4 Барабанная СЗСБ–8 то же	Рожь «Енисейка» то же Овёс «Сельма» Ячмень «Соболек» Пшеница «Омская» Рожь «Енисейка»	0,62 0,67 0,64 1,29 1,38 1,43	0,88 0,83 0,90 0,12 0,27 0,32	0,030 0,027 0,023 0,41 0,36 0,32	0 0 0 0,82 0,91 0,95	ОЗ ТМО то же то же МНК то же то же	3,73 3,73 3,79 4,21 4,25 4,08	12,0 12,0 11,9 11,8 11,6 12,0

Общая блок–схема идентификации приведена на рисунке 17.

Рисунок 17 – Блок–схема алгоритма настройки математической модели процесса сушки зерна

Результаты комплексной оценки эффективности функционирования зерносушилок, использующих позонный способ сушки приведены на рисунке 18. Позонный способ позволяет наиболее значительно повысить интенсивность процесса сушки зерна (рисунок 18, кривые 1П и 2П), оцениваемую безразмерным критерием эффективного влагообмена :

. (41)

Рисунок 18 – Изменение коэффициента эффективного влагообмена при традиционном и позонном (индекс «П») способах сушки

Системная идентификация и оценивание позволяют оценить степень эффективности используемых режимных параметров, которые различаются по зонам сушильной камеры вследствие изменения активности воды в зерне, термоустойчивости и всего комплекса физико-механических, теплофизических и тепловлагообменных свойств зерна в процессе сушки.

В шестом разделе приводятся практические рекомендации по совершенствования процесса сушки зерна.

Выработаны как режимные, так и конструктивные параметры способствующие интенсификации процесса сушки и снижению удельных затрат на сушку зернового материала.

Испытания предлагаемой конструкции зерносушилки проводились в соответствии с описанной методикой и задачами исследования. На практике доказана эффективность позонного способа сушки зерна, а также адекватность и состоятельность полученных математических моделей.

Результаты проведенных исследований позволили оптимизировать режимы сушки зерна в зерносушилках сельскохозяйственного назначения. Некоторые режимные параметры процесса сушки зерна для предлагаемых конструкций шахтных и барабанных зерносушилок приведены в таблицах 5 – 7.

Таблица 5 – Режимы сушки зерна семенного назначения в шахтных зерносушилках (в числителе – существующих, в знаменателе – предлагаемых)

Исход. влаж–ность зерна	Число пропусков зерна через сушилку, М	Допустимая температура нагрева зерна,	Температура агента сушки,	Экспо–зиция сушки,	Время промежут. отлежки с перемеш.,	Возмож–ность перемеш.	Возмож– ность повыш. скорости агента сушки
18
20
23
					–	–	–
26
					–	–	–
30
					–	–	–

Таблица 6 – Режимы сушки зерна продовольственного назначения в шахтных зерносушилках (в числителе – существующих, в знаменателе – предлагаемых)

Исход. влаж–ность зерна	Число пропусков зерна через сушилку, М	Допустимая температура нагрева зерна,	Температура агента сушки,	Экспо–зиция сушки,	Время промежут. отлежки с перемеш.,	Возмож–ность перемеш.	Возмож– ность повыш. скорости агента сушки
18
20
26
					–	–	–
30
					–	–	–