Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТИРУЮЩЕГО СМЕСИТЕЛЯ

Таршис Ю.Д. Таршис М.Ю.
В статье решается задача оптимизации параметров транспортирующего смесителя сыпучих материалов. Целевая функция определяет влияние геометрии рабочей камеры на процесс смешивания. При описании этого процесса используется теория взаимодействия дисперсных систем. Установление экстремума целевой функции позволяет спроектировать устройство минимальной массы и энергоемкости. Результаты решения задачи оптимизации удовлетворительно соответствуют результатам экспериментальных исследований однородности смеси.

Оптимальный расчёт технического устройства предполагает выбор вариан­та, обладающего наибольшими достоинствами, что требует установления крите­рия оптимальности - целевой функции. При оптимальном расчете устройств для переработки сыпучих сред (смесителей, грануляторов, уплотнителей и других) данная задача является многокритериаль­ной, требующей учета таких важных ха­рактеристик как потребляемая мощность, производительность, металлоемкость и др. [1,2]. Из-за сложности формирования такого комплексного критерия на прак­тике может быть использован упрощен­ный критерий, полностью или частично определяющий упомянутые характери­стики. В качестве примера рассмотрим проектирование транспортирующего смесителя с изменяемой формой рабочей поверхности [3] минимальной массы и энергоемкости. Смеситель содержит ра­бочую ленту с гибкими бортами, огибаю­щую приводные ролики и образующую ячейки смешивания. Смешивание ком­понентов происходит при их циркуляции в ячейках. Механизм процесса аналоги­чен, механизму смешивания в барабан­ном смесителе. В поперечном его сече­нии можно выделить область обрушения (активного смешивания) и транспортирующую область, прилегающую к рабо­чей поверхности.

Сформируем целевую функцию из соображений выбора формы ячейки, обес­печивающей наибольшую скорость про­текания процесса смешивания. При мате­матическом описании процесса на основе диффузионной модели, скорость его опре­деляется среднестатистическим коэффи­циентом макродиффузии , известное представление которого в соответствии со статистической теорией взаимодействия дисперсных систем:

где u´ - хаотическая скорость частиц, τр- характерное время их взаимодействия, D0- постоянный коэффициент, устанавли­ваемый при идентификации теоретиче­ской зависимости коэффициента неодно­родности Vc получаемой смеси от време­ни с результатами экспериментов.

Таким образом, искомый критерий является функцией Z=f(). Для уста­новления структуры коэффициента , исследуемая система моделируется с по­мощью формализма "перемешивающего биллиарда", в соответствии с которым её динамические характеристики определя­ются отношением времен пребывания пробных частиц в "фокусирующих" и "рассеивающих" частях биллиарда. Для рассматриваемой системы "фокусирую­щая" часть моделирует зону активного смешения, а "рассеивающая" - транспор­тирующую.

Времена пребывания пробных час­тиц в областях характерного поведения компонентов пропорциональны площадям их поперечного сечения S1 и S2. Влия­ние геометрии ячейки на процесс опреде­ляется критерием, зависящим от амплиту­ды волны ленты A , образующей ячейку и объема загрузки:

где Smin- минимальное значение площади поперечного сечения S=S1+S2, при кото­ром начинается циркуляция компонентов, l- длина линии обрушения, разделяющей области поведения материала.

Функция Z, после численных расче­тов, аппроксимировалась полиномами третьей и четвертой степени (рис. 1) и максимум её находился методами диффе­ренциального исчисления:Аm=0,110 м.

На рис. 2 показаны результаты экспе­риментальных исследований влияния ам­плитуды волны ленты (4) смесителя на коэффициент неоднородности Vc смеси.

Исследования проводились для трех сме­сей с различными средними диаметрами частиц смешиваемых фракций (d1,d2), при прочих фиксированных параметрах систе­мы. Эксперименты устанавливают наличие экстремума в интервале Ат=[0,110/0,125]м, содержащем получен­ное значение Аm.

Следует отметить, что критерий Z косвенно учитывает параметры мощно­сти, и металлоемкости, поскольку, при заданном значении Vc, позволяет миними­зировать длину устройства.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 1.Таршис Ю.Д., Таршис М.Ю. Основы оптимального и вероятностного проектирова­ния   элементов   конструкций.   Ярославль, 2001. - 387 с.

2.Таршис М.Ю. и др. Новые аппараты с эластичными рабочими элементами для сме­шивания сыпучих сред. Теория и расчет. Яро­славль, 2003. - 84с.

3. А.С.1491732 СССР. Смеситель сыпу­чих материалов. Опубл. 07.07.1989. Бюл. №25.


Библиографическая ссылка

Таршис Ю.Д., Таршис М.Ю. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТИРУЮЩЕГО СМЕСИТЕЛЯ // Современные наукоемкие технологии. – 2009. – № 9. – С. 40-42;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=26540 (дата обращения: 13.12.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674