Частная технология комбикормового производства Астана 2007 г

36 












Z
k
e
Z
T
T
3
2
2
(16) 
с однородными условиями 
0
/
;
0
/
;
0
/
0
1
0







z
Z
h
z
T
T
T
T
c



(17) 
Решение задачи (5, 6) можно представить как [42, 43] 


















1
2
2
2
2
0
2
1
2
)
(
)
(
2
n
n
c
n
n
n
c
n
e
h
z
Z
T
T








ּ 
ּ

2
2
3
3
3
3
2
2
3
)
cos
sin
(
cos
sin
3
n
c
n
n
c
n
n
c
n
c
n
n
n
h
k
k
k
h
h
k
h
k
h
k
e
c






























(18) 
Для хранилища разнородной зерновой массы, перемешанной в 
определенном соотношении 
М:N
, постановка и решение задачи процесса 
самосогревания будут аналогично изложенному. Однако, при этом все 
теплофизические и физико-химические параметры, входящие в решение 
(18) следует определить для смеси разнотипной зерновой массы. 
Результаты расчетов по формуле (18) для условий хранения зерна 
сорта «Саратовская 29» показывают, что максимумы температур 
характерны для глубин порядка 2-3 м от поверхности хранилища (рис. 5). 
В связи с тем, что зерновая насыпь формируется из партий зерна с 
различной температурой и физико-химическими свойствами (рис. 6) 
термодинамическое состояние каждого 
n
-го слоя можно описать 
уравнением вида [42, 43]: 


z
T
T
T
n
z
n
n
n
,
2
2









(19) 
На поверхности насыпи зерна в силосе также будет происходить 
теплообмен с атмосферой, а на каждой границе контакта слоев следует 
предусмотреть условия сопряжения [42, 43]: 
.
0
0
1
1
1
1
1















n
n
h
z
n
n
n
т
h
z
n
n
z
T
z
T
и
T
T


(20)
Число уравнений вида (19) и условий сопряжения (20) будет зависеть 
от количества слоев зерновой массы в хранилище.

37 
5 суток 
10 суток 
20 суток 
Н
с
,м 
Т, 
°
К 
293 299 305 311 317
8 
6 
4 
2 
Рисунок 5 - Распределение температуры по высоте насыпи зерна 
h
с 
0 
Т
1 
Т
2 
Т
3 
h
1
+
2
+
3
 
h
1
+
2
 
h
1
 
I 
III 
II 
Рисунок 6 - Схема послойного формирования насыпи зерна 

38 
Аналитические 
методы 
решения 
математической 
модели 
самосогревания зерна при загрузке его в зернохранилище слоями 
представляют определенную трудность. Поэтому для решения таких задач 
можно воспользоваться численным методом с применением ЭВМ. 
Для изучения термодинамического состояния зерновой массы в 
зернохранилище при послойной загрузке нескольких партий зерновой 
массы (рис. 7) предположим, что каждый слой представляет собой 
однородную и изотропную среду. При этом первый и третий слои пусть 
будут из физиологически активной зерновой массы, а средний из зерна 
более устойчивого при хранении. На поверхности насыпи зерна будет 
осуществляться теплообмен с окружающей средой, а на границах между 
слоями и у основания зернохранилища соблюдается условие теплообмена 
за счет теплопроводности. 
Тогда температурное поле в насыпи зерна усредненной зерновой 
массы можно записать в виде следующей системы уравнений [42, 43]: 
Рисунок 7 - Изменение температуры зерна со временем в
зернохранилище при послойной загрузке зерновой массы 
5 10 15 20 25
30
τ ,сут
 
Т,
о
К 
333 
323 
313 
303 
293 
288 
 
- 2 
-1 
-3 
- 4 - 5 - 6 - 7 -8 

39 


x
T
x
T
T
,
1
1
2
1
2
1
1











x
T
x
T
T
,
2
2
2
2
2
2
2











x
T
x
T
T
,
3
3
2
3
2
3
3









2
2
x
T
T
n
n
n







с начальными [42, 43]


3
2
1
0
0
3
2
1
0
,









h
x
T
T
T
T
T
n

(22) 
граничными условиями [42, 43] 


 












x
n
h
h
h
x
T
T
T
x
T
0
,
0
3
2
1
01
1
1
1




(23) 
и условиями сопряжения [42, 43]:
0
,
0
0
3
0
3










x
n
n
n
x
n
x
T
x
T
T
T


0
,
0
3
3
3
3
2
2
3
2










h
x
h
x
x
T
x
T
T
T



),
0
(
,


(24) 
0
,
0
3
2
3
2
2
2
1












h
h
x
h
h
x
x
T
x
T
T
T

где 

3
2
1
,
,



мощность источников тепла в соответствующих слоях зерновой 
массы; 

n




,
,
,
3
2
1
коэффициенты температуропроводности соответствующих 
слоев зерновой массы и основания силоса, м
2 
/с; 

n




,
,
,
3
2
1
коэффициенты 
теплопроводности соответствующих слоев зерновой массы и стенки основания 
силоса, Вт/(м
2 
К); 

1

коэффициент теплообмена между поверхностью насыпи 
зерна и движущимся над ней потоком воздуха, Вт/(м
2
К). 
Плотность источников тепла в функции 
T
i
можно представить как [42, 
43] 




,
i
pi
oi
i
i
oi
i
i
ki
c
T
T
E
U
S
g
c





(25) 
где 
g
i
- удельная теплота сорбции кислорода зерновой массой, Дж/м
3
; 
S
i
-скорость 
сорбции кислорода зерновой массы, м
2 
/м
3 
; 
U
oi
- скорость сорбции кислорода 
зерновой массой при температуре Т, м
3 
/(м
2 
с_; 
E
i
- температурный коэффициент 
скорости сорбции, м
3 
/(м
2 
с К); 
C
pi
 
- удельная теплоемкость зерновой массы в 
i
– 
ом слое, Дж/(кг К); 
ш

- насыпная плотность зерновой массы в 
i
–ом слое, кг/м
3 
. 
(21) 

40 
Численное решение задачи (21-24) на ЭВМ с функцией источника 
тепла (25) для условий хранилища зерна в «Акбидай Астана» показало, что 
динамика изменения температуры такова, что в слоях, где загружена
физиологически активная зерновая масса (слой 1 и 3), температура за 25 
суток может повышаться до 323
о 
К (см. рис. 7). При этом в слое 2, 
сложенном из устойчивого зерна также повышается температура. Такая 
картина характерна при неизменной концентрации кислорода по высоте 
насыпи зерна, что бывает обычно при фильтрации воздуха. Однако, в 
некоторых случаях повышенные значения температур характерны для 
глубин порядка 0,5 –1,5 м от поверхности насыпи зерна. Такое 
распределение температур указывает на то, что с поверхности объема 
зерновой массы осуществляется активный теплообмен, а с глубиной 
концентрация кислорода убывает. Поэтому для прогноза место 
образования повышенных температур самонагревания зерновой массы, 
например, для тушения очага самовозгорания, функция источника тепла 
вида (25) требует уточнения. 
Мощность тепловых источников 
i

является функцией температуры 
T
i 
и концентрации кислорода 
C
ki
в 
i
– ом слое зерновой массы. 
Распределение концентрации кислорода по высоте насыпи зерна 
можно описать зависимостью вида [42, 43]: 






,
exp
0
x
V
k
U
C
C
b
m
K

(26) 
где 
C
0
– концентрация кислорода на поверхности насыпи зерна, доли ед.; 
k 
m
- 
коэффициент пористости в насыпи зерна, м
3 
/м
3 
; 
V 
b
-скорость фильтрации 
воздуха в насыпи зерна, м/с. 
С учетом зависимости скорости сорбции 
U
oi
 
от площади поверхности 
зерна 
S
i
и выражения (26) функцию плотности источников тепла можно 
представить как [42, 43]: 












i
pi
bi
mi
i
oi
oi
i
i
oi
i
i
i
C
x
V
k
S
U
T
T
E
U
S
g
C


/
exp
0
(27) 
Решение задачи (20-24) с функцией источника тепла (27) численным 
методом показывает, что интенсивные окислительные процессы протекают 
в верхнем слое 1,а в остальных слоях 2 и 3 эти процессы значительно 
замедлены (рис. 8), несмотря на то, что слой 3 также сложен из менее 
устойчивого к хранению зерновой массы. 
Отсюда можно сделать вывод, что при послойном усреднении 
зерновой массы, верхний слой следует формировать из партий зерна более 
устойчивых к хранению, а следовательно менее склонных к 
самосогреванию. При периодической замене зерна в силосе эта картина 
изменяется и поэтому слои зерна наиболее близкие к основанию также 
должны быть сложены из более устойчивого зерна. 

41 
Представленные математические модели (16, 17) и (20-24) позволяют 
осуществлять прогнозную оценку температурного состояния хранящегося 
зерна и своевременно применять профилактические мероприятия по 
предотвращению самосогревания зерновых масс в силосах и хранилищах. 
Теоретический 
анализ 
формирования 
структуры 
насыпи, 
закономерности термодинамических изменений при загрузке и выгрузке 
показывают, что эти процессы представляют собой чрезвычайно сложный 
комплекс явлений, развивающихся как внутри гетерогенной двухфазной 
системы “зерно-воздух”, так и на поверхности раздела фаз и в 
межзерновом пространстве. С позиции послеуборочной обработки и 
хранения зерна наиболее важным является изменение структуры насыпи 
(увеличение пористости), а также влияние движущегося слоя зерна и его 
остановка на дальнейшие физико-химические, физиолого-биохимические и 
термодинамические процессы хранящегося зерна. 
Указанные автором явления (термодинамические явления десорбции, 
сорбции, конденсация влаги на поверхности зерна, активизации 
ферментов, микрофлоры, вредителей) развиваются не изолированно одно 
от другого, а в самом тесном взаимодействии. Анализ этих явлений и их 
взаимное влияние вскрывает механизм перехода единичной зерновки и 
зерновой массы в целом из состояния покоя к активной 
жизнедеятельности. Ценность полученных математических уравнений 
заключается в том, что они позволяют оценить влияние различных 
факторов на процессы хранения, транспортировки и активного 
0 2 4 6 8
Н
с
,.
м 
Т,
0
К 
326 
320 
314 
308 
302 
296 
Рисунок 8 - Распределение температуры самосогревания зерна
по высоте насыпи хранилища при послойной его загрузке

42 
вентилирования, а также выявить движущие силы процесса и обосновать 
пути его оптимизации. Совершенно ясно, что не все уравнения, 
описывающие этот сложный процесс, могут быть решены, то есть они не 
могут быть использованы для инженерных расчетов. 
Таким 
образом, 
научное 
обоснование 
профессором 
Б.О.Джанкуразовым, закономерностей формирования структуры насыпи и 
развивающихся термодинамических процессов в хранилищах при 
внутренних перемещениях зерна, имеет научное и практическое значение, 
так как позволяет не только прогнозировать направленность физико-
химических и физиолого-биохимических процессов, но и оптимизировать 
объемы этих операций с одновременным обеспечением сохранности 
зерновых масс, при одновременном снижении издержек предприятия. 
На каждом предприятии необходимо проводить системный анализ 
технологических схем, технической оснащенностью и способов контроля 
состояния зерна с целью обеспечения сохранности качества зерна и 
экологической безопасности применяемых технологических процессов [42, 
43]. 

жүктеу 5,31 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: