Особливості математичного моделювання процесів електромагнітної обробки сипучих матеріалів

Автор(и)

  • Yuri Zaporozhets Інститут імпульсних процесів і технологій НАН України пр. Богоявленський, 43-а, м. Миколаїв, Україна, 54018, Україна https://orcid.org/0000-0002-3693-3844
  • Nina Batechko Національний університет біоресурсів і природокористування України вул. Героїв Оборони, 15, м. Київ, Україна, 03041, Україна https://orcid.org/0000-0002-3772-4489
  • Sergey Shostak Національний університет біоресурсів і природокористування України вул. Героїв Оборони, 15, м. Київ, Україна, 03041, Україна https://orcid.org/0000-0003-1234-1024
  • Natalia Shkoda Інститут хімії поверхні ім. О. О. Чуйка Національної академії наук України вул. Генерала Наумова, 17, м. Київ, Україна, 03164, Україна https://orcid.org/0000-0001-8669-7803
  • Emilia Dibrivna Національний університет біоресурсів і природокористування України вул. Героїв Оборони, 15, м. Київ, Україна, 03041, Україна https://orcid.org/0000-0001-5513-9737

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.206705

Ключові слова:

електромагнітна обробка, дисперсні матеріали, математичне моделювання, електричне поле, частинки, речовина, сила

Анотація

У статті виокремлено особливості застосування загальних рівнянь математичної фізики еліптичного типу в задачах моделювання специфічних явищ взаємодії електромагнітних полів з елементами і частинками неоднорідного дисперсного середовища. Такі явища мають місце в установках сепарації органічної та мінеральної сировини або електромагнітної обробки зерна, насіння та ін. Зазначене є актуальним, оскільки звичайний підхід до формулювання математичних моделей у наведених задачах, що базується переважно на диференціальних рівняннях теорії поля у спрощеній формі, не завжди адекватно відображає фізичну сутність згаданих явищ. Тому він обмежує можливості поглибленого дослідження впливу багатьох факторів, які обумовлюють кінцеві результати процесів сепарації та електромагнітної обробки (ЕМО). В роботі запропоновано альтернативний підхід, побудований на використанні інтегральних рівнянь теорії поля, який базується на концепції первинних і вторинних джерел поля і дозволяє значно зменшити порядок системи рівнянь при чисельній реалізації алгоритмів розв’язання задач ЕМО та загальний обсяг потрібних обчислювальних ресурсів. При такому підході виявляються доступними для обрахування локальні параметри поля у взаємодії з окремими частинками та їхнього впливу одне на одне. Зазначений аспект є суттєвим для визначення технологічних характеристик виробничих установок ЕМО. Представлена математична модель, на відміну від поширених спрощених підходів до визначення параметрів поля і пондеромоторних сил, що діють у полі на частинки речовини, адекватно відображає фізичні закономірності розподілу потенціалів і напруженості електричного поля реальних зарядів та індукованих джерел. Завдяки цьому вона наочно відтворює механізм формування головних складових механічних зусиль, що діють на поляризоване тіло з боку електричного поля в цілому, через щільність елементарних зусиль, які справляє поле на поверхневі заряди, що індукуються в діелектричних тілах у зоні дії полів. Така математична модель є універсальним і компактним інструментом аналізу, проектування та оптимізації різноманітних установок і пристроїв, у яких використувуєтся електричне поле та його електромеханічна взаємодія зі середовищем і окремими тілами

Біографії авторів

Yuri Zaporozhets, Інститут імпульсних процесів і технологій НАН України пр. Богоявленський, 43-а, м. Миколаїв, Україна, 54018

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Nina Batechko, Національний університет біоресурсів і природокористування України вул. Героїв Оборони, 15, м. Київ, Україна, 03041

Доктор педагогічних наук, кандидат фізико-математичних наук, доцент, завідувач кафедри

Кафедра вищої та прикладної математики

Sergey Shostak, Національний університет біоресурсів і природокористування України вул. Героїв Оборони, 15, м. Київ, Україна, 03041

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра вищої та прикладної математики

Natalia Shkoda, Інститут хімії поверхні ім. О. О. Чуйка Національної академії наук України вул. Генерала Наумова, 17, м. Київ, Україна, 03164

Кандидат фізико-математичних наук, науковий співробітник

Відділ теоретичної та експериментальної фізики

Emilia Dibrivna, Національний університет біоресурсів і природокористування України вул. Героїв Оборони, 15, м. Київ, Україна, 03041

Кандидат педагогічних наук

Кафедра вищої та прикладної математики

Посилання

  1. Kyurchev, S., Kolodiy, A. (2013). The analysis of existing separators which are using for the separation of the seed. Мotrol. Сommission of motorization and energetics in agriculture, 15, 2, 197–204.
  2. Dascalescu, L., Dragan, C., Bilici, M., Beleca, R., Hemery, Y., Rouau, X. (2010). Electrostatic Basis for Separation of Wheat Bran Tissues. IEEE Transactions on Industry Applications, 46 (2), 659–665. doi: https://doi.org/10.1109/tia.2010.2040050
  3. Tarushkin, V. I. (2007). Dielektricheskaya separatsiya semyan. Vol. 1. Moscow, 401.
  4. Korko, V. S., Gorodetskaya, E. A. (2013). Elektrofizicheskie metody stimulyatsii rastitel'nyh obektov. Minsk: BGATU, 232.
  5. Kozlov, A. P. (2007). Bifilyarnaya obmotka dielektricheskogo separatora dlya sortirovaniya semyan zernovyh kul'tur. Moscow, 197.
  6. Mayer Laigle, C., Barakat, A. (2017). Electrostatic Separation as an Entry into Environmentally Eco-Friendly Dry Biorefining of Plant Materials. Journal of Chemical Engineering & Process Technology, 08 (04). doi: https://doi.org/10.4172/2157-7048.1000354
  7. Karmazin, V. V., Karmazin, V. I. (2005). Magnitnye, elektricheskie i spetsial'nye metody obogascheniya poleznyh iskopaemyh. Vol. 1. Moscow: Izdatel'stvo Moskovskogo gosudarstvennogo gornogo universiteta, 669.
  8. Salama, A., Richard, G., Medles, K., Zeghloul, T., Dascalescu, L. (2018). Distinct recovery of copper and aluminum from waste electric wires using a roll-type electrostatic separator. Waste Management, 76, 207–216. doi: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.03.036
  9. Tilmatine, A., Medles, K., Younes, M., Bendaoud, A., Dascalescu, L. (2010). Roll-Type Versus Free-Fall Electrostatic Separation of Tribocharged Plastic Particles. IEEE Transactions on Industry Applications, 46 (4), 1564–1569. doi: https://doi.org/10.1109/tia.2010.2049553
  10. Matsusaka, S., Maruyama, H., Matsuyama, T., Ghadiri, M. (2010). Triboelectric charging of powders: A review. Chemical Engineering Science, 65 (22), 5781–5807. doi: https://doi.org/10.1016/j.ces.2010.07.005
  11. Ali Ebrahim, S. (2017). Biological Effects of Magnetic Water on Human and Animals. Biomedical Sciences, 3 (4), 78. doi: https://doi.org/10.11648/j.bs.20170304.12
  12. Malkin, E. S., Furtat, I. E., Pryimak, O. V. (2009). Metodyka rozrakhunku ustanovok dlia pomiakshennia ta ochyshchennia vody v elektrychnykh i mahnitnykh poliakh. Nova Tema, 2, 26–29.
  13. Lerman, L. B., Grischuk, O. Yu., Shkoda, N. G., Shostak, S. V. (2012). Features of Interaction of an Electromagnetic Radiation with Small Particles and Their Ensembles: Theoretical Aspects. Uspekhi fiziki metallov, 13 (1), 71–100.
  14. Shkoda, N. H., Shostak, S. V., Kryvoruchko, Ya. S. (2012). Interaction of electromagnetic radiation and nanocoatings. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (60)), 8–12. Available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/5711/5156
  15. Hnuchiy, Yu. B., Lerman, L. B., Shostak, S. V., Stetsenko, S. V. (2013). Pohlynannia elektromahnitnoho vyprominiuvannia bahatosharovymy kulovymy chastynkamy. Machinery and Energetics, 184, 142–149. Available at: http://journals.nubip.edu.ua/index.php/Tekhnica/article/view/1242/1196
  16. Martynenko, I. I., Nikiforova, L. E. (2007). Innovatsionnaya tekhnologiya nizkoenergeticheskoy elektromagnitnoy obrabotki semyan. Energetika, ekonomika, tekhnologiya, ekologiya, 1, 89–92.
  17. Li, J., Xu, Z., Zhou, Y. (2008). Theoretic model and computer simulation of separating mixture metal particles from waste printed circuit board by electrostatic separator. Journal of Hazardous Materials, 153 (3), 1308–1313. doi: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.09.089
  18. Pelevin, A. E. (2018). Magnetic and electrical enrichment methods. Magnetic enrichment methods. Yekaterinburg: Izd-vo UGGU, 296.
  19. Kozyrskiy, V. V., Savchenko, V. V., Sinyavskiy, A. Y. (2019). Pre-Sowing Treatment of Leguminous Crop Seeds with a Magnetic Field. Agricultural Machinery and Technologies, 13 (1), 21–26. doi: https://doi.org/10.22314/2073-7599-2018-13-1-21-26
  20. Mach, F., Kus, P., Karban, P., Doležel, I. (2012). Higher-Order Modeling of Electrostatic Separator of Plastic Particles. Przegląd elektrotechniczny, 12b, 74–76.
  21. Kim, B., Han, O., Jeon, H., Baek, S., & Park, C. (2017). Trajectory Analysis of Copper and Glass Particles in Electrostatic Separation for the Recycling of ASR. Metals, 7 (10), 434. doi: https://doi.org/10.3390/met7100434
  22. Nazarenko, I. (2013). Theoretical researches of co-operation of electric paul with dielectric suspension in systems of multielectrodes. Pratsi Tavriyskoho derzhavnoho ahrotekhnolohichnoho universytetu, 2 (13), 75–82.
  23. Ciosk, K. (2012). Magnetic field and forces in a magnetic separator gap. Przegląd elektrotechniczny, 12b, 47–49.
  24. Tarushkin, V. I. (2012). A mathematical model for improving dielectric separation devices. Bulletin of Moscow State Agrarian University named V.P. Goryachkina, 2, 7–9.
  25. Prachukowska, A., Nowicki, M., Korobiichuk, I., Shewchyk, R., Salah, J. (2015). Modeling and validation of magnetic field distribution of permanent magnets. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (78)), 4–11. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.55323
  26. Volchenskov, V. I., Sobolev, V. A. (2013). On the features of modeling the magnetic circuit of a synchronous generator with permanent magnets. Engineering Bulletin, MGTU im. Baumana, 9, 635–644.
  27. Blank, A. V. (2004). Analytical calculation of the excitation field of a synchronous machine based on one piecewise-continuous eigenfunction. Sbornik nauchnykh trudov NGTU, 4 (38), 3–8.
  28. Meessen, K. J., Gysen, B., Paulides, J., Lomonova, E. A. (2008). Halbach Permanent Magnet Shape Selection for Slotless Tubular Actuators. IEEE Transactions on Magnetics, 44 (11), 4305–4308. doi: https://doi.org/10.1109/tmag.2008.2001536
  29. Afonin, A. A. (2005). Elektromagnitnye nagruzki elektricheskih mashin s postoyannymi magnitami. Tekhnichna elektrodynamika, 1, 39–46.
  30. Grinberg, G. A. (1948). Izbrannye voprosy matematicheskoy teorii elektricheskih i magnitnyh yavleniy. Moscow-Leningrad: Izd. AN SSSR, 733.
  31. Mirolyubov, N. N., Kostenko, M. V. et. al. (1963). Metody rascheta elektrostaticheskih poley. Moscow: Vysshaya shkola, 415.
  32. Sil'vester, P., Ferrari, R. (1986). Metod konechnyh elementov dlya radioinzhenerov i inzhenerov-elektrikov. Moscow: Mir, 229.
  33. Zhang, Y. H., Xu, Y. Y., Ye, C. Y., Sheng, C., Sun, J., Wang, G. et. al. (2018). Relevance of electrical current distribution to the forced flow and grain refinement in solidified Al-Si hypoeutectic alloy. Scientific Reports, 8 (1). doi: https://doi.org/10.1038/s41598-018-21709-y
  34. Tozoni, O. V. (1975). Metod vtorichnyh istochnikov v elektrotekhnike. Moscow: Energiya, 296.
  35. Tihonov, A. N., Samarskiy, A. A. (1977). Uravneniya matematicheskoy fiziki. Moscow: Nauka, 735.
  36. Verlan', A. F., Sizikov, V. S. (1978). Metody resheniya integral'nyh uravneniy s programmami dlya EVM. Kyiv: Naukova dumka, 219.
  37. Tihonov, A. N., Arsenin, V. Ya. (1979). Metody resheniya nekorrektnyh zadach. Moscow: Nauka, 288.
  38. Zaporozhets, Y., Ivanov, A., Kondratenko, Y. (2019). Geometrical Platform of Big Database Computing for Modeling of Complex Physical Phenomena in Electric Current Treatment of Liquid Metals. Data, 4 (4), 136. doi: https://doi.org/10.3390/data4040136
  39. Govorkov, V. A. (1968). Elektricheskie i magnitnye polya. Moscow: Energiya, 488.
  40. Tamm, I. E. (1976). Osnovy teorii elektrichestva. Moscow: Nauka, 616.
  41. Polivanov, K. M. (1969). Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki. Ch. ІІІ. Teoriya elektromagnitnogo polya. Moscow: «Energiya», 352.
  42. Pavlovskyi, M. A. (2002). Teoretychna mekhanika. Kyiv: Tekhnika, 512.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-06-30

Як цитувати

Zaporozhets, Y., Batechko, N., Shostak, S., Shkoda, N., & Dibrivna, E. (2020). Особливості математичного моделювання процесів електромагнітної обробки сипучих матеріалів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(5 (105), 49–59. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.206705

Номер

Том 3 № 5 (105) (2020): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Yuri Zaporozhets, Nina Batechko, Sergey Shostak, Natalia Shkoda, Emilia Dibrivna

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.