DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2024.54.202-214

Математичне моделювання процесу сушіння матеріалу в барабанній сушарці, як об’єкта автоматичного керування

Б.І. Котов, В.Г. Мироненко, С.П. Степаненко, В.О. Грищенко, Ю.І. Панцир, І.Д. Герасимчук

Об авторах

Б.І. Котов, професор, доктор технічних наук,, Заклад вищої освіти «Подільський державний університет», сел. Глеваха, Україна, e-mail: eetsapk@pdatu.edu.ua. ORCID ID: 0000-0001-6369-3025

В.Г. Мироненко, професор, доктор технічних наук, Інститут механіки та автоматики агропромислового виробництва НААН України, сел. Глеваха, Україна, e-mail: mironenko1952@ukr.net, ORCID ID: 0000-0002-1227-2471

С.П. Степаненко, старший науковий співробітник, доктор технічних наук, Інститут механіки та автоматики агропромислового виробництва, смт. Глеваха, Україна, e-mail: stepanenko_s@ukr.net, ORCID ID: 0000-0002-8331-4632

В.О. Грищенко, доцент, кандидат технічних наук, Національний університет біоресурсів і природокористування України, м. Київ, Україна, e-mail: vlgr@nubip.edu.ua, ORCID ID: 0000-0001-7789-3650

Ю.І. Панцир, доцент, кандидат технічних наук, Заклад вищої освіти «Подільський державний університет», сел. Глеваха, Україна, e-mail: panziryuriy@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-2969-1936

І.Д. Герасимчук, доцент, кандидат технічних наук, Заклад вищої освіти «Подільський державний університет», сел. Глеваха, Україна, e-mail: eetsapk@pdatu.edu.ua, ORCID ID: 0000-0002-4304-4447

Анотація

В даній роботі розроблено математичний опис сушіння в барабанних сушарках у вигляді системи диференціальних рівнянь, що моделює залежність температури та вологості матеріалу від параметрів сушильного агента та конструктивних характеристик. Створено спрощені моделі в MatlabSimulink. Запропоновано концепцію автоматичного керування з компенсацією перехресних зв’язків, що підвищує ефективність регулювання, стабільність роботи сушарки та оптимізує енергоспоживання.

Ключові слова

процес сушіння, моделювання, зернові матеріали, барабанна сушарка, автоматичне керування

Повний текст:

PDF

References

1. Kalinichenko, R. A., & Voitiuk, V. D. (2017). Energy-efficient operating modes of machines for highly efficient heat treatment of grain materials. Publishing Center of the Gogol National University [in Ukrainian].

2. Kotov, B. I., Kalinichenko, R. A., Stepanenko, S. P., Shvydia, V. O., & Lisetskyi, V. O. (2017). Modeling of technological processes in typical facilities for post-harvest processing and storage of grain (separation, drying, active ventilation, cooling). PP Lysenko [in Ukrainian].

3. Tkachenko, S. Y., & Spivak, O. Yu. (2007). Drying processes and installations. VNTU [in Ukrainian].

4. Kotov, B. I. (1994). Technological and heat-energy foundations for increasing the efficiency of drying plant raw materials [. dys. ... d. tekhn. n]. [in Ukrainian].

5. Kalinichenko, R. A., Kotov, B. I., & Spirin, A. V. (2017). Mathematical model of drying of plant raw materials in a rotating drum with combined energy supply. Scientific Bulletin of NUBiP of Ukraine. Series. Engineering and Energy of the Agricultural Complex, 261, 217–225 [in Ukrainian].

6. Nezvedska, I. V. (2012). Theoretical prerequisites for determining the dependence of technological parameters of the drying process on the design parameters of the drying drum. Scientific Bulletin of the NUBiP of Ukraine,, (170 (2)), 95–101 [in Ukrainian].

7. Hirnyk, M. L., Maziak, Z. Yu., & Herbei, V. M. (1993). Matematychne modeliuvannia protsesiv konvektyvnoho sushinnia. Budivelnyk [in Ukrainian].

8. Haponiuk, O. I., Ostapchuk, M., Stankevych, H. M., & Haponiuk, I. I. (2014) Active ventilation and drying of grain. VNV [in Ukrainian].

9. Diduh, V., Kirchuk, R., & Tsiz, T. (2015). Modeling of energy saving methods of soybean drying for oil production. TEKA. Commission of motorization and energetics in agriculture, 15(3), 9–14.

10. Kotov, B., Kalinichenko, R., Stepanenko, S., Hryshchenkp, V., Pantsyr, Y., & Herasymchuk, I. (2022). Simulation of the grain drying process in bunker dryers using heliocollectors. Energy and automation, 2022(3). https://doi.org/10.31548/energiya2022.03.038

11. Kotov, B. I., Kalinichenko, R. A., & Spirin, A. V. (2017). Mathematical modeling of the drying process of plant materials in a drum dryer at variable material movement speed. Environmental Engineering, (2(8)), 19–23 [in Ukrainian].

12. Kotov, B. I., Stepanenko, S. P., & Shvydia, V. O. (2016). Taking into account the distribution of parameters when modeling the dynamic modes of agricultural material dryers. Agricultural machines, (34), 74–80 [in Ukrainian].

13. Kotov, B. I., Kalinichenko, R. A., & Lipunov, M. I. (2012). Analytical determination of dynamic thermal and moisture regimes of continuous grain dryers. Design, production and operation of agricultural machines, (42 (2)), 17–23 [in Ukrainian].

14. Vozniak, O. M., & Babyn, I. A. (2022). Automated system for drying sugar pulp. Machinery, energy, transport, agro-industrial complex, (1 (116)), 65–76[in Ukrainian].

15. Ostapenko, Yu. A. (1999). Identification and modeling of technological control objects. Zadruha [in Ukrainian].

16. Shvidia, V. O., Stepanenko, S. P., Kotov, B. I., Spirin, A. V., & Kucheruk, V. Y. (2022). Influence of vacuum on diffusion of moisture inside seeds of cereals. Bulletin of the Karaganda University. "Physics" Series, 107(3), 90–98. https://doi.org/10.31489/2022ph3/90-98

17. Kotov, B. I., Kalinichenko, R. A., Kurhanskyi, O. D., Stepanenko, S. P., & Shvydia, V. O. (2016). Theoretical studies of the process of cooling grain material during movement in a vibro-centrifugal bed. Design, production and operation of agricultural machinery, (46), 54–60 [in Ukrainian].

18. Rogovskii, I. L., Stepanenko, S. P., Novitskii, A. V., & Rebenko, V. I. (2020). The mathematical modeling of changes in grain moisture and heat loss on adsorption drying from parameters of grain dryer. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 548, 082057. https://doi.org/10.1088/1755-1315/548/8/082057

19. Kaletnik, H. (2024). The usage of the elemental base of the vibratory mill with the spatial circulation movement of material to create drying rig. Przegląd elektrotechniczny, 1(3), 234–239. https://doi.org/10.15199/48.2024.03.41

20. Kotov, B., Kalinichenko, R., Stepanenko, S., & Pantsyr, Yu. (2024). Mathematical modeling of the grain cooling process in installations with radial air supply. Bulletin of Lviv National Environmental University Agroengineering Research, (27), 101–107. https://doi.org/10.31734/agroengineering2023.27.101

21. Kotov, B., & Bandura, V. (2018). Construction of a mathematical model of extraction process in the system "solid body ‒ liquid" in a microwave field. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(6 (95)), 33–43. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.145232

22. Burdo, O., Bandura, V., Zykov, A., Zozulyak, I., Levtrinskaya, J., & Marenchenko, E. (2017). Development of wave technologies to intensify heat and mass transfer processes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(11 (88)), 34–42. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.108843

Пристатейна бібліографія

1. Калініченко Р. А., Войтюк В. Д. Енергоефективні режими роботи машин для високоефективної термообробки зернових матеріалів. Ніжин : Вид. центр НДУ ім. Гоголя, 2017. 261 с.

2. Моделювання технологічних процесів в типових об’єктах післязбиральної обробки і зберігання зерна (сепарація, сушіння, активне вентилювання, охолодження) : монографія / Б. І. Котов та ін. Ніжин : ПП Лисенко, 2017. 551 с.

3. Ткаченко С. Й., Співак О. Ю. Сушильні процеси та установки. Вінниця : ВНТУ, 2007. 76 с.

4. Котов Б. І. Технологічні та теплоенергетичні основи підвищення ефективності сушіння рослинної сировини : автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Глеваха, 1994. 40 с.

5. Калініченко Р. А., Котов Б. І., Спірін А. В. Математична модель сушіння рослинної сировини в обертальному барабані за комбінованого підведення енергії. Науковий вісник НУБіП України. Серія. Техніка та енергетика АПК. 2017. Т. 261. С. 217–225.

6. Незведська І. В. Теоретичні передумови визначення залежності технологічних параметрів процесу сушіння від конструктивних параметрів сушильного барабана. Науковий вісник НУБіП України. 2012. № 170 (2). С. 95–101.

7. Гірник М. Л., Мазяк З. Ю., Гербей В. М. Математичне моделювання процесів конвективного сушіння. Київ : Будівельник, 1993. 248 с.

8. Активне вентилювання та сушіння зерна : навч. посіб. / О. І. Гапонюк та ін. Одеса : ВНВ, 2014. 326 с.

9. Diduh V., Kirchuk R., Tsiz T. Modeling of energy saving methods of soybean drying for oil production. ТEKA. Commission of motorization and energetics in agriculture. 2015. Vol. 15, no. 3. P. 9–14

10. Simulation of the grain drying process in bunker dryers using heliocollectors / B. Kotov et al. Energy and automation. 2022. Vol. 2022, no. 3. URL: https://doi.org/10.31548/energiya2022.03.038

11. Котов Б. І., Калініченко Р. А., Спірін А. В. Математичне моделювання процесу сушіння рослинних матеріалів в барабанній сушарці при змінній швидкості переміщення матеріалу. Інженерія природокористування. 2017. № 2(8). С. 19–23.

12. Котов Б. І., Степаненко С. П., Швидя В. О. Врахування розподіленості параметрів при моделюванні динамічних режимів сушарок сільськогосподарських матеріалів. Сільськогосподарські машини. 2016. № 34. С. 74–80.

13. Котов Б. І., Калініченко Р. А., Ліпунов М. І. Аналітичне визначення динамічних тепловологісних режимів зерносушарок безперервної дії. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. 2012. № 42 (2). С. 17–23.

14. Возняк О. М., Бабин І. А. Автоматизована система сушки жому цукрового виробництва. Техніка, енергетика, транспорт АПК. 2022. № 1 (116). С. 65–76.

15. Остапенко Ю. А. Ідентифікація та моделювання технологічних об'єктів керування : підручник. Київ : Задруга, 1999.

16. Influence of vacuum on diffusion of moisture inside seeds of cereals / V. O. Shvidia et al. Bulletin of the Karaganda University. "Physics" Series. 2022. Vol. 107, no. 3. P. 90–98. URL: https://doi.org/10.31489/2022ph3/90-98

17. Теоретичні дослідження процесу охолодження зернового матеріалу при переміщенні у вібровідцентровому шарі / Б. І. Котов та ін. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. 2016. № 46. С. 54–60.

18. The mathematical modeling of changes in grain moisture and heat loss on adsorption drying from parameters of grain dryer / I. L. Rogovskii et al. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 548. P. 082057. URL: https://doi.org/10.1088/1755-1315/548/8/082057

19. Kaletnik H. The usage of the elemental base of the vibratory mill with the spatial circulation movement of material to create drying rig. Przegląd elektrotechniczny. 2024. Vol. 1, no. 3. P. 234–239. URL: https://doi.org/10.15199/48.2024.03.41

20. Математичне моделювання процесу охолодження зерна в установках з радіальною подачею повітря / Б. Котов та ін. Bulletin of Lviv National Environmental University Agroengineering Research. 2024. № 27. С. 101–107. URL: https://doi.org/10.31734/agroengineering2023.27.101 (дата звернення: 05.12.2024).

21. Kotov B., Bandura V. Construction of a mathematical model of extraction process in the system "solid body ‒ liquid" in a microwave field. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. Vol. 5, no. 6 (95). P. 33–43. URL: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.145232

22. Development of wave technologies to intensify heat and mass transfer processes / O. Burdo et al. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 4, no. 11 (88). P. 34–42. URL: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.108843

Copyright (c) 2024 Б.І. Котов, В.Г. Мироненко, С.П. Степаненко, В.О. Грищенко, Ю.І. Панцир, І.Д. Герасимчук