Визначення параметрів руху сипкого середовища в відцентровому змішувачі безперервної дії методом дискретних елементів

Автор(и)

  • Володимир Володимирович Стаценко Київський національний університет технологій та дизайну, Україна https://orcid.org/0000-0002-3932-792X
  • Олександр Петрович Бурмістенков Київський національний університет технологій та дизайну, Україна https://orcid.org/0000-0003-0001-4229
  • Тетяна Яківна Біла Київський національний університет технологій та дизайну, Україна https://orcid.org/0000-0001-8937-5244
  • Світлана Анатоліївна Демішонкова Київський національний університет технологій та дизайну, Україна https://orcid.org/0000-0001-5678-8114

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.232636

Ключові слова:

метод дискретних елементів, відцентровий змішувач, сипкий матеріал, безперервне змішування, однорідність суміші

Анотація

Розглянуто процеси створення композицій сипких матеріалів у відцентрових змішувачах безперервної дії. На основі методу дискретних елементів розроблено математичну модель руху частинок у роторі відцентрового змішувача з врахуванням їх геометричних і фізико-механічних параметрів. Для оцінки ступеню впливу цих параметрів на характер руху частинок використана відома математична модель у вигляді системи диференційних рівнянь, що створена на основі класичних законів механіки. Проведено моделювання процесу змішування частинок двох сипких матеріалів за різних початкових умов руху. Розраховано траєкторії окремих частинок вздовж дна та бічної стінки ротора.

В результаті проведених досліджень встановлено, що модель, розроблена на основі методу дискретних елементів, дозволяє підвищити точність визначення параметрів руху сипких матеріалів у зоні змішування. Розрахунки за цим методом свідчать, що довжина траєкторії частинок у 2,9, а час руху – у 9 разів більші ніж розраховані за системою диференційних рівнянь. Розроблена та відомі математичні моделі показали однаковий характер розподілу компонентів у змішувачі. Значення коефіцієнту кореляції Пірсона між розрахованими значеннями коефіцієнтів варіації дорівнює 0,758. Найкраща однорідність досягається за умови розділення потоків компонентів суміші та зменшення відстані між їх центрами.

Експериментальні дослідження проведено з використанням відцентрового змішувача безперервної дії з конічним ротором. Побудовано траєкторії частинок та встановлено, що форма траєкторії, яка отримана методом дискретних елементів ближча до експериментальної.

Отримані результати дозволяють прогнозувати вплив конструктивних та технологічних параметрів змішувачів безперервної дії на однорідність суміші

Біографії авторів

Володимир Володимирович Стаценко, Київський національний університет технологій та дизайну

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра комп’ютерної інженерії та електромеханіки

Олександр Петрович Бурмістенков, Київський національний університет технологій та дизайну

Доктор технічних наук, професор

Кафедра комп’ютерної інженерії та електромеханіки

Тетяна Яківна Біла, Київський національний університет технологій та дизайну

Кандидатка технічних наук, доцентка

Кафедра комп’ютерної інженерії та електромеханіки

Світлана Анатоліївна Демішонкова, Київський національний університет технологій та дизайну

Кандидатка технічних наук, доцентка

Кафедра комп’ютерної інженерії та електромеханіки

Посилання

  1. Statsenko, V. V., Burmistenkov, O. P., Bila, T. Ya. (2017). Avtomatyzovani kompleksy bezperervnoho pryhotuvannia kompozytsiy sypkykh materialiv. Kyiv: KNUTD, 219.
  2. Burmistenkov, O. P. et. al. (2011). Protsesy ta obladnannia pidhotovchykh vyrobnytstv lehkoi promyslovosti. Kyiv: KNUTD, 135.
  3. Burmistenkov, O. P. et. al.; Konoval, V. P. (Ed.) (2007). Vyrobnytstvo lytykh detalei ta vyrobiv z polimernykh materialiv u vzuttieviy ta shkirhalantereiniy promyslovosti. Khmelnytskyi: [b.v.], 255.
  4. Generalov, M. B. (2002). Mekhanika tverdyh dispersnyh sred v protsessah himicheskoy tekhnologii. Kaluga: N. Bochkarevoy, 592.
  5. Ahmadiev, F. G., Aleksandrovskiy, A. A. (1988). Modelirovanie i realizatsiya sposobov prigotovleniya smesey. Zhurn. Vsesoyuz. him. obshch-va im. D.I. Mendeleeva, 33 (4), 448.
  6. Bakin, I. A., Sablinskiy, A. I., Belousov, G. N. (2003). Kompleksnoe modelirovanie protsessov nepreryvnogo smeseprigotovleniya. Tekhnologiya i tekhnika pishchevyh proizvodstv. Sbornik nauchnyh rabot. Kemerovo: KemTIPP, 137–141.
  7. Zalyubovskii, M. G., Panasyuk, I. V. (2020). Studying the Main Design Parameters of Linkage Mechanisms of Part-Processing Machines with Two Working Barrels. International Applied Mechanics, 56 (6), 762–772. doi: https://doi.org/10.1007/s10778-021-01053-x
  8. Globin, A. N. (2009). Puti sovershenstvovaniya doziruyushchih ustroystv. Sovershenstvovanie tekhnologicheskih protsessov i tekhnicheskih sredstv v APK. Sb. nauchn. Tr. ACHGAA. Zernograd, 5–6.
  9. Synyuk, O., Musiał, J., Zlotenko, B., Kulik, T. (2020). Development of Equipment for Injection Molding of Polymer Products Filled with Recycled Polymer Waste. Polymers, 12 (11), 2725. doi: https://doi.org/10.3390/polym12112725
  10. Third, J. R., Scott, D. M., Lu, G., Müller, C. R. (2015). Modelling axial dispersion of granular material in inclined rotating cylinders with bulk flow. Granular Matter, 17 (1), 33–41. doi: https://doi.org/10.1007/s10035-014-0542-0
  11. Bila, T. Ya., Statsenko, V. V. (2006). Analitychne doslidzhennia rukhu chastok sumishi u dvorotornomu zmishuvachi bezperervnoi diyi. Visnyk KNUTD, 5, 30–34.
  12. Alchikh-Sulaiman, B. (2011). Assessment of the Mixing of Polydisperse Solid Particles in the Rotary Drum and Slant Cone Mixers Using Discrete Element Method. Ryerson University. Available at: https://digital.library.ryerson.ca/islandora/object/RULA%3A3326/datastream/OBJ/view
  13. Pellegrini, M. (2014). DEM simulation of continuous pharmaceutical powders mixing effect of non-constant feeding on mixing quality. Santomaso, Andrea. Available at: http://tesi.cab.unipd.it/45721/
  14. Borodulin, D. M., Andryushkov, A. A. (2009). The analysis of the operation of combinuous type mixing on the basis of the covariation approach. Tekhnika i tekhnologiya pishchevyh proizvodstv, 4. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/prognozirovanie-sglazhivayuschey-sposobnosti-tsentrobezhnogo-smesitelya-na-osnove-korrelyatsionnogo-analiza
  15. Pernenkil, L. (2008). Continuous blending of dry pharmaceutical powders. Massachusetts Institute of Technology. Available at: https://www.researchgate.net/publication/38003180_Continuous_blending_of_dry_pharmaceutical_powders
  16. De Monaco, G. (2015). 3D finite volume simulations of dense granular flow inside rotating cylinders. Università degli Studi di Napoli Federico II. 2015. doi: http://doi.org/10.6092/UNINA/FEDOA/10410
  17. Prashidha, K. (2018). Internal Dynamics and Flow Properties of Dense Granular Materials. A thesis. The University of Sydney. Available at: https://ses.library.usyd.edu.au/handle/2123/19647
  18. Popov, A. M., Tikhonov, V. V., Tikhonov, N. V., Borodulin, D. M. (2014). Reception of Two and Three-phase Combined Dispersive Systems with the Use of Centrifugal Mixer. Procedia Chemistry, 10, 400–409. doi: https://doi.org/10.1016/j.proche.2014.10.067
  19. Statsenko, V., Burmistenkov, O., Bila, T., Statsenko, D. (2019). Determining the motion character of loose materials in the system of continuous action «hopper – reciprocating plate feeder». Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (1 (98)), 21–28. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.163545
  20. Statsenko, V. V., Burmistenkov, O. P., Bila, T. Y. (2020). Determination of the bulk materials particles distribution during mixing in the continuous action centrifugal mixers rotor. Herald of Khmelnytskyi national university, 1 (281), 238–244. Available at: http://journals.khnu.km.ua/vestnik/wp-content/uploads/2021/01/39-3.pdf
  21. Yan, Z., Wilkinson, S. K., Stitt, E. H., Marigo, M. (2015). Discrete element modelling (DEM) input parameters: understanding their impact on model predictions using statistical analysis. Computational Particle Mechanics, 2 (3), 283–299. doi: https://doi.org/10.1007/s40571-015-0056-5
  22. Popov, V. L. (2012). Mekhanika kontaktnogo vzaimodeystviya i fizika treniya. Moscow: Fizmatlit, 348.
  23. Mindlin, R. D., Deresiewicz, H. (1953). Elastic Spheres in Contact under Varying Oblique Forces. J. Appl. Mech., 20, 327–344.
  24. Marsov, V. I., Suetina, T. A., Kolbasin, A. M., Shuhin, V. V. (2013). Dispensers continuous compensated disturbance input material. Mekhanizatsiya stroitel'stva, 2, 32–34. Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=18834562
  25. Magalhães, F. G. R., Atman, A. P. F., Moreira, J. G., Herrmann, H. J. (2016). Analysis of the velocity field of granular hopper flow. Granular Matter, 18 (2). doi: https://doi.org/10.1007/s10035-016-0636-y
  26. Munjiza, A. (2004). The Combined Finite-Discrete Element Method. Wiley, 348. Available at: https://www.wiley.com/en-us/The+Combined+Finite+Discrete+Element+Method-p-9780470020173

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-06-30

Як цитувати

Стаценко, В. В., Бурмістенков, О. П., Біла, Т. Я., & Демішонкова, С. А. (2021). Визначення параметрів руху сипкого середовища в відцентровому змішувачі безперервної дії методом дискретних елементів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(7 (111), 59–67. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.232636

Номер

Том 3 № 7 (111) (2021): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Владимир Владимирович Стаценко, Александр Петрович Бурмистенков, Татьяна Яковлевна Белая, Светлана Анатольевна Демишонкова

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.