DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2020.50.122-133
Main the Oretical Provisions of Grain Material Separation in Air Channels with Unequal Air Flow Speed
About the Authors
Serhii Stepanenko, Senior Researcher, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), National Scientific Center “Institute of Agricultural Mechanization and Electrification”, Glevakha, Ukraine, е-mail: stepanenko_s@ukr.net, ORCID ID: 0000-0002-8331-4632
Boris Kotov, Professor, Doctor in Technics (Doctor of Technics Sciences), Podilsky State Agrarian Technical University, Kamyanets-Podilsky, Ukraine, ORCID ID: 0000-0001-6369-3025
Abstract
The article considers the increase of efficiency of grain materials separation in pneumatic vertical channels by determining the rational shape and parameters of material supply, as well as the geometric shape of the pneumatic channel and options for separation into fractions.
Regularities of change of trajectory and speed of movement of material in pneumatic vertical channels of round section with the lower unloading of material are received. The regularities of particle motion in the form of a material point were determined taking into account air resistance forces, friction forces, Magnus and Zhukovsky forces, material moisture and density based on a theoretical study of grain fractionation in pneumatic vertical channels.
Using the proposed dependences for the design of air separators, it is possible to determine the initial rate of introduction and the direction of entry of grains into the air stream, which are the initial conditions for determining the trajectory of material in air channels with lower material discharge.
Keywords
air flow, grain material, Magnus and Zhukovsky forces, variable air velocity, trajectory, fractionation process, air separator
Full Text:
PDF
References
1. Vasilenko, P.M. (1970). On the equations of particle transport in resisting media. Doklady VASKhNIL, №4, 44 - 46. [in Russian].
2. Vasilenko, P.M. (1996). Introduction to Agricultural Mechanics. Kiev "Silgosposvita" [in Russian].
3. Stutterer, P.M. (2002). Theory of agricultural machines V.4. Kharkiv [in Russian].
4. Gortinsky, V.V., Demsky, A.M. & Boriskin, M.A. (1980). Separation processes at grain processing plants. Moskow. Kolos [in Russian].
5. Malis, A.Ya. & Demidov, A.R. (1962). Machines for cleaning grain with air flow. Moskow: Mashgiz [in Russian].
6. Nelyubov, A.I. & Winds, E.F. (1967). Pneumatic separating systems of agricultural machines. Moskow: Mechanical Engineering [in Russian].
7. Prandl, L. (1951). Hydroaeromechanics. Moskow: Foreign. lit. [in Russian].
8. Zuev, F.G. (1976). Pneumatic transportation at grain processing plants. Moskow: Kolos [in Russian].
9. Matveev, A.S. (1973). Investigation of the process of separation of grain mixtures by vertical ascending air flow. Extended adstract of candidate's thesis. Moskow: VIM. [in Russian].
10. Zlochevsky, V.L. (1986). Intensification of the process of aerodynamic separation of grain materials. Doctor's thesis.. Novosibirsk. Sib. IMESH [in Russian].
11. Abduev, M.M. & Manchinsky, Yu.O. (2000). Theoretical value of the pre-social area of the parameters of the daily attendant. Science of the National Agrarian University,Vol. 7, 127 - 132. [in Ukrainian].
12. Kolodiy, O.S. (2015). Obruntuvannya of constructive - technological parameters of pneumogravitational separator for sleepers. Extended adstract of candidate's thesis. Melitopol, TDTAU [in Ukrainian].
13. Stepanenko S.P. & Kotov B.I. (2018). Pre-admission of regularities to the decline of components in grain material before an hour of pneumogravitational fractionation near the vertical channel. Mechanization and electrification of the Silskoy state gift: Zagalnogo zbirnik, Vol. 7 (106, .82-89. [in Ukrainian].
14. Onishchenko, B.V. (2009). Theoretical dosage to the process of growing the space. Silskogospodarski machines Lutsk, Vol. 18, 330 - 340 [in Ukrainian].
15. Loytsyansky, L.G. (1950). Mechanics of liquid and gas, M.-L .: State. ed. Tekhniko-teor lit. [in Russian].
16. Babukha, G.L. & Shreiber, A.A. (1972). Interaction of particles of polydisperse material in two-phase flows. Kyiv: "Naukova Dumka" [in Russian].
17. Bakum, M.V., Olshansky, V.P. & Krekot, M.M.. (2009). Theoretical analysis of a debris of particles in a flat, heaped pneumatic channel of separators. Bulletin of KhNTUSG, Vol. 88, 19 - 26. [in Ukrainian].
18. Stepanenko, S. P. (2017). Research pneumatic gravity separation grain materials. Mechanization in Agriculture, conserving of the resources: International Scientific Journals of Scientific Technical Union of Mechanical Engineering “Industry 4.0”. Bulgarian, Vol. 63. Issue 2. Pp. 54–56. [in English].
19. Kotov, B. I., Kalіnіchenko, R.A., Stepanenko, S.P., Shvidya, V.O. & Lisetsky, V.O. (2017). Modeling of technological processes in typical samples of selective sampling and grain harvesting (separation, drying, actively venting, cooling). Nizhin: Vidavets PP Lisenko M.M. [in Ukrainian].
20. Stepanenko S. Experimental study in a pneumatic microbiocature separator with apparatus camera / S. Stepanenko, Rogovskii, I., Titova, L., Trokhaniak, V., Trokhaniak, O. // In: Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Series II: Forestry, Wood Industry, Agricultural Food Engineering, vol. 12 (61), No. 1 – 2019. pp. 117-128. [in English].
21. Stepanenko S.P. Experimental studies on drying conditions of grain crops with high moisture content in low-pressure environment / Stepanenko S.P, Rogovskii I.L., Titova L.L., Trokhaniak V.I., Solomka O.V., Popyk P.S., Shvidia V.O. // INMATEH - Agricultural Engineering . Jan-Mar 2019, Vol. 57 Issue 1, p141-146. 6p. [in English].
22. Research into the process of loading the surface of a vibrosieve when a loose mixture is fed unevenly /Piven, M., Volokh, V., Piven, A., Kharchenko, S. // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. - VOL 6, № 1 (96). - P.62-70. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.149739 [in English].
23. The influence of basic parameters of separating conveyor operation on grain cleaning quality [Text] / O. Vasylkovskyi, K. Vasylkovska, S. Moroz, M. Sviren, L. Storozhyk // INMATEH - Agricultural Engineering – Romania, Bucharest: INMA. Vol. 57, No.1. 2019, 63-70. [in English].
24. Analytical assessment of the pneumatic separation quality in the process of grain multilayer feeding [Text] / O.V. Nesterenko, S.M. Leshchenko, O.M. Vasylkovskyi, D.I. Petrenko // INMATEH - Agricultural Engineering – Romania, Bucharest: INMA. Vol. 53, No.3. 2017, 65-70. [in English].
Citations
- Василенко П.М. Об уравнениях транспортировки частиц в сопротивляющихся середах. Доклади ВАСХНИЛ. 1970. №4, С. 44 – 46.
- Василенко П.М. Введение в земледельческую механику. Киев «Сільгоспосвіта», 1996. 251 с.
- Заика П.М. Теория сельскохозяйственных машин Т.4. Харків, 2002.
- Гортинский В.В. Процеси сепарування на зерноперерабативающих предприятиях. / В.В Гортинский, А.М. Демский, М.А. Борискин. М. Колос 1980. 296 с.
- Малис А.Я., Демидов А.Р. Машини для очистки зерна воздушним потоком. М. Машгиз, 1962. 452 с.
- Нелюбов А.И., Ветров Е.Ф. Пневмосепарирующие системы сельскохозяйственных машин. М.: Машиностроение, 1967. 190 с.
- Прандль Л. Гидроаеромеханика. М. Иностран. лит., 1951. 575 с.
- Зуев Ф.Г. Пневматическое транспортирование на зерноперерабативающих предприятиях. М. Колос, 1976. 344 с.
- Матвеев А.С. Исследование процесса сепарирования зернових смесей вертикально-восходящим воздушним потоком: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук. М. ВИМ. 1973. 30 с.
- Злочевский В.Л. Интенсификация процесса аэродинамического разделения зерновых материалов: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня д-ра. техн. наук. Новосибирск. Сиб. ИМЭСХ 1986. 35 с.
- Абдуев М.М., Манчинский Ю.О. Теоретичне визначення доцільної області параметрів повітряного ворохоочисника. Наукові праці Національного аграрного ун-ту. 2000. Т 7. С. 127 – 132.
- Колодій О.С. Обґрунтування конструктивно – технологічних параметрів пневмогравітаційного сепаратора насіння соняшника: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: 05.05.11. Мелітополь, ТДТАУ, 2015. 26 с.
- Степаненко С.П., Котов Б.І. Дослідження закономірностей руху компонентів зернового матеріалу під час пневмогравітаційного фракціонування у вертикальному каналі. Механізація та електрифікація сільського господарства: загальнодерж. зб. 2018. Вип. №7 (106). С.82-89.
- Онищенко Б.В. Теоретичні дослідження процесу осідання краплі. Сільскогосподарські машини. 2009. Вип. 18. С. 330 – 340.
- Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа, М.-Л.: Гос. изд. Технико-теор лит., 1950. 676 с.
- Бабуха Г.Л., Шрайбер А.А. Взаимодействие частиц полидисперсного материала в двухфазных потоках, К. «Наукова думка» 1972. 173 с.
- Бакум М.В., Ольшанський В.П., Крекот М.М. Теоретичний аналіз руху частинок в плоскому нахиленому пневмоканалі сепараторів. Вісник ХНТУСГ. 2009. Вип. 88. С.19 – 26.
- Stepanenko S. P. Research pneumatic gravity separation grain materials. Mechanization in Agriculture, conserving of the resources: International Scientific Journals of Scientific Technical Union of Mechanical Engineering “Industry 4.0”. Bulgarian, 2017. Vol. 63. Issue 2. S.– 54–56.
- Моделювання технологічних процесів в типових об’єктах післязбиральної обробки і зберігання зерна (сепарація, сушіння, активне вентилювання, охолодження): монографія / Б. І. Котов та ін. Ніжин: Видавець ПП Лисенко М. М., 2017. 552 с.
- Stepanenko S. Experimental study in a pneumatic microbiocature separator with apparatus camera / S. Stepanenko, Rogovskii, I., Titova, L., Trokhaniak, V., Trokhaniak, O. // In: Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Series II: Forestry, Wood Industry, Agricultural Food Engineering, vol. 12 (61), No. 1 – 2019. pp. 117-128.
- Stepanenko S.P. Experimental studies on drying conditions of grain crops with high moisture content in low-pressure environment / Stepanenko S.P, Rogovskii I.L., Titova L.L., Trokhaniak V.I., Solomka O.V., Popyk P.S., Shvidia V.O. // INMATEH - Agricultural Engineering . Jan-Mar 2019, Vol. 57 Issue 1, p141-146. 6p.
- Research into the process of loading the surface of a vibrosieve when a loose mixture is fed unevenly /Piven, M., Volokh, V., Piven, A., Kharchenko, S. // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. - VOL 6, № 1 (96). - P.62-70. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.149739
- The influence of basic parameters of separating conveyor operation on grain cleaning quality / O.Vasylkovskyi, K. Vasylkovska, S. Moroz, M. Sviren, L. Storozhyk // INMATEH - Agricultural Engineering – Romania, Bucharest: INMA. Vol. 57, No.1. 2019, 63-70.
- Analytical assessment of the pneumatic separation quality in the process of grain multilayer feeding / O.V. Nesterenko, S.M. Leshchenko, O.M. Vasylkovskyi, D.I. Petrenko // INMATEH - Agricultural Engineering – Romania, Bucharest: INMA. Vol. 53, No.3. 2017, 65-70.
Copyright (c) 2020 Serhii Stepanenko, Boris Kotov
Main the Oretical Provisions of Grain Material Separation in Air Channels with Unequal Air Flow Speed
About the Authors
Serhii Stepanenko, Senior Researcher, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), National Scientific Center “Institute of Agricultural Mechanization and Electrification”, Glevakha, Ukraine, е-mail: stepanenko_s@ukr.net, ORCID ID: 0000-0002-8331-4632
Boris Kotov, Professor, Doctor in Technics (Doctor of Technics Sciences), Podilsky State Agrarian Technical University, Kamyanets-Podilsky, Ukraine, ORCID ID: 0000-0001-6369-3025
Abstract
The article considers the increase of efficiency of grain materials separation in pneumatic vertical channels by determining the rational shape and parameters of material supply, as well as the geometric shape of the pneumatic channel and options for separation into fractions. Regularities of change of trajectory and speed of movement of material in pneumatic vertical channels of round section with the lower unloading of material are received. The regularities of particle motion in the form of a material point were determined taking into account air resistance forces, friction forces, Magnus and Zhukovsky forces, material moisture and density based on a theoretical study of grain fractionation in pneumatic vertical channels. Using the proposed dependences for the design of air separators, it is possible to determine the initial rate of introduction and the direction of entry of grains into the air stream, which are the initial conditions for determining the trajectory of material in air channels with lower material discharge.Keywords
Full Text:
PDFReferences
1. Vasilenko, P.M. (1970). On the equations of particle transport in resisting media. Doklady VASKhNIL, №4, 44 - 46. [in Russian].
2. Vasilenko, P.M. (1996). Introduction to Agricultural Mechanics. Kiev "Silgosposvita" [in Russian].
3. Stutterer, P.M. (2002). Theory of agricultural machines V.4. Kharkiv [in Russian].
4. Gortinsky, V.V., Demsky, A.M. & Boriskin, M.A. (1980). Separation processes at grain processing plants. Moskow. Kolos [in Russian].
5. Malis, A.Ya. & Demidov, A.R. (1962). Machines for cleaning grain with air flow. Moskow: Mashgiz [in Russian].
6. Nelyubov, A.I. & Winds, E.F. (1967). Pneumatic separating systems of agricultural machines. Moskow: Mechanical Engineering [in Russian].
7. Prandl, L. (1951). Hydroaeromechanics. Moskow: Foreign. lit. [in Russian].
8. Zuev, F.G. (1976). Pneumatic transportation at grain processing plants. Moskow: Kolos [in Russian].
9. Matveev, A.S. (1973). Investigation of the process of separation of grain mixtures by vertical ascending air flow. Extended adstract of candidate's thesis. Moskow: VIM. [in Russian].
10. Zlochevsky, V.L. (1986). Intensification of the process of aerodynamic separation of grain materials. Doctor's thesis.. Novosibirsk. Sib. IMESH [in Russian].
11. Abduev, M.M. & Manchinsky, Yu.O. (2000). Theoretical value of the pre-social area of the parameters of the daily attendant. Science of the National Agrarian University,Vol. 7, 127 - 132. [in Ukrainian].
12. Kolodiy, O.S. (2015). Obruntuvannya of constructive - technological parameters of pneumogravitational separator for sleepers. Extended adstract of candidate's thesis. Melitopol, TDTAU [in Ukrainian].
13. Stepanenko S.P. & Kotov B.I. (2018). Pre-admission of regularities to the decline of components in grain material before an hour of pneumogravitational fractionation near the vertical channel. Mechanization and electrification of the Silskoy state gift: Zagalnogo zbirnik, Vol. 7 (106, .82-89. [in Ukrainian].
14. Onishchenko, B.V. (2009). Theoretical dosage to the process of growing the space. Silskogospodarski machines Lutsk, Vol. 18, 330 - 340 [in Ukrainian].
15. Loytsyansky, L.G. (1950). Mechanics of liquid and gas, M.-L .: State. ed. Tekhniko-teor lit. [in Russian].
16. Babukha, G.L. & Shreiber, A.A. (1972). Interaction of particles of polydisperse material in two-phase flows. Kyiv: "Naukova Dumka" [in Russian].
17. Bakum, M.V., Olshansky, V.P. & Krekot, M.M.. (2009). Theoretical analysis of a debris of particles in a flat, heaped pneumatic channel of separators. Bulletin of KhNTUSG, Vol. 88, 19 - 26. [in Ukrainian].
18. Stepanenko, S. P. (2017). Research pneumatic gravity separation grain materials. Mechanization in Agriculture, conserving of the resources: International Scientific Journals of Scientific Technical Union of Mechanical Engineering “Industry 4.0”. Bulgarian, Vol. 63. Issue 2. Pp. 54–56. [in English].
19. Kotov, B. I., Kalіnіchenko, R.A., Stepanenko, S.P., Shvidya, V.O. & Lisetsky, V.O. (2017). Modeling of technological processes in typical samples of selective sampling and grain harvesting (separation, drying, actively venting, cooling). Nizhin: Vidavets PP Lisenko M.M. [in Ukrainian].
20. Stepanenko S. Experimental study in a pneumatic microbiocature separator with apparatus camera / S. Stepanenko, Rogovskii, I., Titova, L., Trokhaniak, V., Trokhaniak, O. // In: Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Series II: Forestry, Wood Industry, Agricultural Food Engineering, vol. 12 (61), No. 1 – 2019. pp. 117-128. [in English].
21. Stepanenko S.P. Experimental studies on drying conditions of grain crops with high moisture content in low-pressure environment / Stepanenko S.P, Rogovskii I.L., Titova L.L., Trokhaniak V.I., Solomka O.V., Popyk P.S., Shvidia V.O. // INMATEH - Agricultural Engineering . Jan-Mar 2019, Vol. 57 Issue 1, p141-146. 6p. [in English].
22. Research into the process of loading the surface of a vibrosieve when a loose mixture is fed unevenly /Piven, M., Volokh, V., Piven, A., Kharchenko, S. // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. - VOL 6, № 1 (96). - P.62-70. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.149739 [in English].
23. The influence of basic parameters of separating conveyor operation on grain cleaning quality [Text] / O. Vasylkovskyi, K. Vasylkovska, S. Moroz, M. Sviren, L. Storozhyk // INMATEH - Agricultural Engineering – Romania, Bucharest: INMA. Vol. 57, No.1. 2019, 63-70. [in English].
24. Analytical assessment of the pneumatic separation quality in the process of grain multilayer feeding [Text] / O.V. Nesterenko, S.M. Leshchenko, O.M. Vasylkovskyi, D.I. Petrenko // INMATEH - Agricultural Engineering – Romania, Bucharest: INMA. Vol. 53, No.3. 2017, 65-70. [in English].
Citations
- Василенко П.М. Об уравнениях транспортировки частиц в сопротивляющихся середах. Доклади ВАСХНИЛ. 1970. №4, С. 44 – 46.
- Василенко П.М. Введение в земледельческую механику. Киев «Сільгоспосвіта», 1996. 251 с.
- Заика П.М. Теория сельскохозяйственных машин Т.4. Харків, 2002.
- Гортинский В.В. Процеси сепарування на зерноперерабативающих предприятиях. / В.В Гортинский, А.М. Демский, М.А. Борискин. М. Колос 1980. 296 с.
- Малис А.Я., Демидов А.Р. Машини для очистки зерна воздушним потоком. М. Машгиз, 1962. 452 с.
- Нелюбов А.И., Ветров Е.Ф. Пневмосепарирующие системы сельскохозяйственных машин. М.: Машиностроение, 1967. 190 с.
- Прандль Л. Гидроаеромеханика. М. Иностран. лит., 1951. 575 с.
- Зуев Ф.Г. Пневматическое транспортирование на зерноперерабативающих предприятиях. М. Колос, 1976. 344 с.
- Матвеев А.С. Исследование процесса сепарирования зернових смесей вертикально-восходящим воздушним потоком: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук. М. ВИМ. 1973. 30 с.
- Злочевский В.Л. Интенсификация процесса аэродинамического разделения зерновых материалов: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня д-ра. техн. наук. Новосибирск. Сиб. ИМЭСХ 1986. 35 с.
- Абдуев М.М., Манчинский Ю.О. Теоретичне визначення доцільної області параметрів повітряного ворохоочисника. Наукові праці Національного аграрного ун-ту. 2000. Т 7. С. 127 – 132.
- Колодій О.С. Обґрунтування конструктивно – технологічних параметрів пневмогравітаційного сепаратора насіння соняшника: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: 05.05.11. Мелітополь, ТДТАУ, 2015. 26 с.
- Степаненко С.П., Котов Б.І. Дослідження закономірностей руху компонентів зернового матеріалу під час пневмогравітаційного фракціонування у вертикальному каналі. Механізація та електрифікація сільського господарства: загальнодерж. зб. 2018. Вип. №7 (106). С.82-89.
- Онищенко Б.В. Теоретичні дослідження процесу осідання краплі. Сільскогосподарські машини. 2009. Вип. 18. С. 330 – 340.
- Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа, М.-Л.: Гос. изд. Технико-теор лит., 1950. 676 с.
- Бабуха Г.Л., Шрайбер А.А. Взаимодействие частиц полидисперсного материала в двухфазных потоках, К. «Наукова думка» 1972. 173 с.
- Бакум М.В., Ольшанський В.П., Крекот М.М. Теоретичний аналіз руху частинок в плоскому нахиленому пневмоканалі сепараторів. Вісник ХНТУСГ. 2009. Вип. 88. С.19 – 26.
- Stepanenko S. P. Research pneumatic gravity separation grain materials. Mechanization in Agriculture, conserving of the resources: International Scientific Journals of Scientific Technical Union of Mechanical Engineering “Industry 4.0”. Bulgarian, 2017. Vol. 63. Issue 2. S.– 54–56.
- Моделювання технологічних процесів в типових об’єктах післязбиральної обробки і зберігання зерна (сепарація, сушіння, активне вентилювання, охолодження): монографія / Б. І. Котов та ін. Ніжин: Видавець ПП Лисенко М. М., 2017. 552 с.
- Stepanenko S. Experimental study in a pneumatic microbiocature separator with apparatus camera / S. Stepanenko, Rogovskii, I., Titova, L., Trokhaniak, V., Trokhaniak, O. // In: Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Series II: Forestry, Wood Industry, Agricultural Food Engineering, vol. 12 (61), No. 1 – 2019. pp. 117-128.
- Stepanenko S.P. Experimental studies on drying conditions of grain crops with high moisture content in low-pressure environment / Stepanenko S.P, Rogovskii I.L., Titova L.L., Trokhaniak V.I., Solomka O.V., Popyk P.S., Shvidia V.O. // INMATEH - Agricultural Engineering . Jan-Mar 2019, Vol. 57 Issue 1, p141-146. 6p.
- Research into the process of loading the surface of a vibrosieve when a loose mixture is fed unevenly /Piven, M., Volokh, V., Piven, A., Kharchenko, S. // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. - VOL 6, № 1 (96). - P.62-70. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.149739
- The influence of basic parameters of separating conveyor operation on grain cleaning quality / O.Vasylkovskyi, K. Vasylkovska, S. Moroz, M. Sviren, L. Storozhyk // INMATEH - Agricultural Engineering – Romania, Bucharest: INMA. Vol. 57, No.1. 2019, 63-70.
- Analytical assessment of the pneumatic separation quality in the process of grain multilayer feeding / O.V. Nesterenko, S.M. Leshchenko, O.M. Vasylkovskyi, D.I. Petrenko // INMATEH - Agricultural Engineering – Romania, Bucharest: INMA. Vol. 53, No.3. 2017, 65-70.