Теоретичні дослідження руху рідини в ємності гідропневматичного висівного апарата

Abstract

У відомих гідравлічних висівних апаратах процес формування псевдозрідженого шару забезпечується механічним способом, відбувається перемішування досить значних об’ємів рідини з насінням, що зумовлює підвищення енергозатрат на привод змішувального пристрою. Контакт насіння з робочими елементами мішалок викликає травмування пророщеного насіння. Будова координатного гідропневматичного апарата дає можливість усунути зазначені недоліки застосуванням гідравлічного способу формування псевдозрідженого шару заданої концентрації насіння. В результаті проведених досліджень побудовано математичну модель руху рідини в ємності гідропневматичного висівного апарата з використанням програмного пакету STARCCM+, який реалізовано методом кінцевих елементів. При цьому використовувалися адаптивні регулярні розрахункові сітки з перемінним розміром комірки. В якості моделі вибрано генератор призматичного шару сітки, генератор багатогранних осередків і генератор поверхневої сітки. На першому етапі чисельного експерименту було визначено векторне поле швидкостей рідини при різному розташуванні вихідного отвору ємності гідропневматичного висівного апарата Другий етап чисельного моделювання було проведено за повним факторним дослідом із загальною кількістю дослідів – 32 = 9. В результаті моделювання було отримано розподіл швидкостей рідини в забірній камері в залежності від кута між поверхнями забірної камери і швидкості на її вході. Аналіз отриманих досліджень доводить, що із поступовим розширенням забірної камери ближче до границі виникає від’ємне значення проекції швидкості на вертикальну вісь – це свідчить про наявність турбулентної течії пов’язаної з опором рідини, що створюють стінки забірної камери. За умови незначного відхилення щільності насіння і робочої рідини можна припустити, що насіння в псевдозрідженому шарі буде рухатися за лініями току рідини – підніматися з центру і опускатися по обмежуючих поверхнях камери. Проведені дослідження на лабораторній установці гідропневматичного висівного апарата доводять адекватність отриманої математичної моделі руху рідини.

В известных гидравлических высевающих аппаратах процесс формирования псевдоожиженого слоя обеспечивается механическим способом, происходит перемешивание достаточно значительных объемов жидкости с семенами, что приводит к повышению энергозатрат на привод смесительного устройства. Контакт семян с рабочими элементами мешалок вызывает травмирование пророщенных семян. Устройство координатного гидропневматического аппарата дает возможность устранить указанные недостатки применением гидравлического способа формирования псевдоожиженого слоя заданной концентрации семян. В результате проведенных исследований построена математическая модель движения жидкости в емкости гидропневматического высевающего аппарата с использованием программного пакета STAR-CCM+, который реализовано методом конечных элементов. При этом использовались адаптивные регулярные расчетные сетки с переменным размером ячейки. В качестве модели выбран генератор призматического слоя сетки, генератор многогранных ячеек и генератор поверхностной сетки. На первом этапе численного эксперимента было определено векторное поле скоростей жидкости при различном расположении выходного отверстия емкости гидропневматического высевающего аппарата. Второй этап численного моделирования было проведено по полно факторному опыту с общим количеством опытов – 32 = 9. В результате моделирования было получено распределение скоростей жидкости в заборной камере в зависимости от угла между поверхностями заборной камеры и скорости на её входе. Анализ полученных исследований доказывает, что с постепенным расширением заборной камеры ближе к границе возникает отрицательное значение проекции скорости на вертикальную ось – это свидетельствует о наличии турбулентного течения связанной с сопротивлением жидкости, которое создают стенки заборной камеры. При условии незначительного отклонения плотности семян и рабочей жидкости можно предположить, что семян в псевдоожиженном слое будет двигаться по линиям тока жидкости – подниматься из центра и опускаться по стенкам камеры. Проведены исследования на лабораторной установке гидропневматического высевающего аппарата, доказывают адекватность полученной математической модели движения жидкости.

In a known hydraulic distributor mechanisms, the process of forming fluidized layer is provided by mechanical means, the mixing of the considerable volumes of liquid with the seeds, resulting in higher energy consumption for the drive of the mixing device. The contact of the seeds with the working elements of the agitators causes the injury of germinated seeds. The hydropneumatic device coordinate device allows to eliminate these drawbacks by use of hydraulic fluidization method of forming a layer of a given concentration of seeds. As a result of the conducted research, built a mathematical model of fluid motion in the tank hydropneumatic sowing device using the software package STAR-CCM+, which is implemented by finite element method. We used an adaptive regular grid with variable cell size. As the model generator of the prismatic layer grid, the generator of polyhedral cells and the surface mesh generator. At the first stage of numerical experiment it was determined the vector velocity field of the fluid at different positions of the outlet capacity hydropneumatic sowing device. The second stage of numerical simulation was carried out by full factorial experience with the total number of experiments is – 32 = 9. As a result of modeling were obtained the velocity distribution of the liquid in the intake chamber depending on the angle between the surfaces of the suction chamber and the velocity at its input. The analysis of the research proves that with the gradual expansion of the suction chamber is closer to the border occurs a negative value of the projection of the velocity on the vertical axis – this indicates the presence of turbulent flow associated with the resistance of the liquid, which creates the wall of the suction chamber. Subject to slight variations in the density of seeds and the working fluid can be assumed that seeds in the fluidized bed will move along the streamlines of the fluid to rise from the center and down the walls of the chamber. Conducted research in a laboratory setting hydropneumatic sowing device, prove the adequacy of the obtained mathematical model of fluid motion.