Математическая модель процесса формирования древесных гранул

УДК

674.08

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2015.2.104

Аннотация

Производство биотоплива из отходов переработки древесины за последние годы приобретает все больший размах. Несмотря на расширение производства древесных гранул, остаются нерешенными вопросы о влиянии отдельных параметров процесса прессования древесных гранул на их качество. Одним из основных параметров, определяющих качество древесных гранул, является давление прессования. Имеющиеся теоретические модели процессов гранулирования показывают, что развиваемое давление прессования является экспоненциальной зависимостью от относительной длины фильеры в матрице. Однако проведенные экспериментальные исследования показали, что эта зависимость носит не экспоненциальную, а линейную зависимость от относительной длины фильеры. Целью настоящей работы была разработка такой математической модели прессования древесной гранулы в цилиндрических фильерах матрицы, которая бы соответствовала экспериментальным исследованиям. Были проанализированы все этапы физического процесса прессования. На основании этого анализа было выявлено, что в процессе прессования древесная шихта претерпевает упругие и пластические деформации. Исходя из этого при разработке новой математической модели процесса прессования древесных гранул за основу была принята теория упруго-пластического деформирования сплошных тел. На базе этой теории рассмотрены два этапа прессования древесной гранулы – выдавливание гранулы через коническое отверстие в цилиндрический канал матрицы и ее движение по цилиндрическому каналу матрицы. Выполненные математические исследования позволили получить зависимость перепада давления по длине гранулы в коническом и цилиндрическом каналах фильеры матрицы и на протяжении всей фильеры в целом. Полученная новая математическая модель процесса прессования древесных гранул показала, что перепад давления в каналах матрицы прямо пропорционален их относительной длине, что полностью соответствует экспериментальным данным.

Сведения об авторах

© О.Д. Мюллер, канд. техн. наук, доц.

В.И. Мелехов, д-р техн. наук, проф.

В.К. Любов, д-р техн. наук, проф.

Т.В. Тюрикова, асп.

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова,

наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002; е-mail: ockar@mail.ru 

Ключевые слова

древесные отходы, опилки, древесная шихта, пресс-гранулятор, матрица, фильера, древесные топливные гранулы, пеллеты, биотопливо, давление

Литература

1. Булатов А.С. Разработка процесса прессового гранулирования мелкодисперсных сред на примере минеральных порошков и древесных отходов: автореф. …канд. техн. наук. М., 2012. 25 с.

2. Исследование и разработка методов совершенствования технологического процесса получения гранулированного топлива из древесного сырья как возобновляемого источника энергии: отчет о науч.-исслед. работе по гос. контракту
№ 14.740.11.0097 от 08 сент. 2010 г. (промежуточный, этап № 4) / САФУ; рук. В.К. Любов. Архангельск, 2012. 150 с.

3. Овчинников А.Г. Основы теории штамповки выдавливанием на прессах. М.: Машиностроение, 1983. 200 с.

4. Бронштейн И.Н., Семедяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1981.723 с.

5. Самуль В.И. Основы теории упругости и пластичности. М.: Высш. шк., 1982. 264 с.

Поступила 23.01.14

Ссылка на английскую версию:

Mathematical Model of Wood Granules Formation

UDS 674.08

Mathematical Model of Wood Granules Formation

O.D. Myuller, Candidate of Engineering, Associate Professor

V.I. Melekhov, Doctor of Engineering, Professor

V.K. Lyubov, Doctor of Engineering, Professor

T.V. Tyurikova, Postgvaduate Student

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russia; е-mail: ockar@mail.ru

Production of biofuel from waste of processing of wood in recent years gains the increasing scope. Despite all extending production of wood granules, there are unresolved questions of influence of separate parameters of process of wood granules pressing on their quality. One of the key parameters, defining the quality of wood granules pressing pressure is. Available theoretical models of processes of a granulation show that the developed pressure of pressing is exponential dependence on relative length of die hole in a matrix. The conducted pilot researches have shown that this dependence carries not exponential dependence on relative length of die hole, but linear. Development of such mathematical model of a wood granule pressing in cylindrical die holes of a matrix which would correspond to pilot studies, was the purpose of the real work. All stages of physical process of pressing were analyzed. On the basis of this analysis it was revealed that in the course of pressing wood furnace charge undergoes elastic and plastic deformations. Proceeding from it when developing new mathematical model of process of wood granules pressing the theory of elasto-plastic deformation of continuous solid was assumed as a basis. On the basis of this theory two stages of a wood granule pressing – process of expression of a wood granule through a conic opening to the cylindrical canal of a matrix and process of movement of a granule on the cylindrical canal of a matrix are considered. The executed mathematical researches allowed to receive dependence of pressure difference on granule length in conic and cylindrical canals of a die hole in matrix and on all die hole as a whole. The received new mathematical model of process of wood granules pressing has shown that pressure difference in channels of a matrix is directly proportional to their relative length, that completely corresponds to experimental data.

Keywords: wood wastes, sawdust, a wood charge, a press-granulator, a matrix, a die hole, wood combustive granules, pellets, biofuel, pressure.

REFERENCES

1. Bulatov A.S. Razrabotka protsessa pressovogo granulirovaniya melkodispersnykh sred na primere mineral'nykh poroshkov i drevesnykh otkhodov: Avtoref.kand. diss. [The Development of the Press-Granulation Process of the Fine-Dispersed Fluid by the Example of the Mineral Powders and the Wood Waste: Cand. Diss. Abs]. 2012. 25 p.

2. Lyubov V.K. Issledovanie i razrabotka metodov sovershenstvovaniya tekhnologicheskogo protsessa polucheniya granulirovannogo topliva iz drevesnogo syr'ya, kak vozobnovlyaemogo istochnika energii [The Research and the Development of Methods of Improving the Process of Granular Fuel from the Wood as the Renewable Energy Source]. Arkhangelsk, 2012. 150 p.

3. Ovchinnikov A.G. Osnovy teorii shtampovki vydavlivaniem na pressakh [The Fundamentals of the Theory of the Extruding Presses]. Moscow, 1983. 200 p.

4. Bronshteyn I.N., Semedyaev K.A. Spravochnik po matematike dlya inzhenerov i uchashchikhsya vtuzov [The Guide of Mathematics for Engineers and Students of Technical Institutes]. Moscow, 1981. 721 p.

5. Samul' V.I. Osnovy teorii uprugosti i plastichnosti [The Fundamentals of the Elasticity and Plasticity Theory]. Moscow, 1982. 264 p.

Received on January, 23, 2014