The work states that air separation is both the most widespread and the most difficult to design, which is associated with the complexity of the processes of aerodynamic interaction of the grain mixture with the air flow. The results of the analysis of the problem of improving the quality of pneumatic separation confirmed the prospects of using pneumatic-gravity type separators, however, the issue of their functioning has not been sufficiently studied. The purpose of this work is mathematical modeling of the technological process of the operation of a pneumatic-gravity channel designed for the separation of grain mixtures by aerodynamic properties. According to the results of an analytical study of the interaction of the grain mixture with the environment and the air flow, the dependences of the trajectories of the grain mixture particles in a parametric form were obtained, which allowed us to establish the following. Increasing the effective height of the pneumatic-gravity channel contributes to better particle stratification, since this allows the particle velocities to approach their terminal values, which are unique for each type of material, as much as possible. Light impurities due to higher resistance to the environment have a significantly greater deviation in the horizontal direction, compared to the grain of the main crop. Negative angles of opening of the air intake shutters of the vacuum chamber will lead to a negative horizontal deviation, which will lead to increased losses of the grain fraction in the waste, as it will contribute to the approximation of the trajectory of grain particles to the air intakes. Changing the operating speed of the air flow has a significant impact on the horizontal deviation of particles, since the force is proportional to the square of the air flow velocity, and this necessitates the correlation of the vertical and horizontal components of the particle movement speed.

modeling, pneumogravity channel, pneumoseparation, motion trajectory

Full Text:

PDF

1. Kotov, B. I., et al. (2017). Modeliuvannia tekhnolohichnykh protsesiv v typovykh obiektakh pisliazbyralnoi obrobky i zberihannia zerna (ochyshchennia, separatsiia, sushinnia, aktyvne ventyluvannia, okholodzhennia) [Modeling of technological processes in typical objects of post-harvest processing and grain storage (cleaning, separation, drying, active ventilation, cooling)]. National Academy of Agrarian Sciences of Ukraine. [in Ukrainian].

2. Kharchenko, S., et al. (2021). Modeling of aerodynamic separation of preliminarily stratified grain mixture in vertical pneumatic separation duct. Applied Sciences, 11(10), 4383. https://doi.org/10.3390/app11104383.

3. Vasylkovskyi, O. M., et al. (2021). Obgruntuvannia konstruktyvnoi skhemy pnevmorishitnoho separatora zerna [Substantiation of the structural scheme of the pneumatic sieve grain separator]. Konstruiuvannia, vyrobnytstvo ta ekspluatatsiia silskohospodarskykh mashyn, (51), 104–110. https://doi.org/10.32515/2414-3820.2021.51.104-110 [in Ukrainian].

4. Nesterenko, O., Vasylkovskyi, O., & Kisilov, R. (2023). Areas of improvement of feeding devices for pneumatic separation channels. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, 7(38, Part II), 90–97. https://doi.org/10.32515/2664-262X.2023.7(38).2.90-97.

5. Aliev, E. B., & Havrylchenko, O. S. (2019). Obgruntuvannia avtomatyzovanoi systemy keruvannia potokom povitria v aerodynamichnomu separatori nasinnievoho materialu [Substantiation of an automated control system for air flow in an aerodynamic seed separator]. Visnyk Kharkivskoho Natsionalnoho Tekhnichnoho Universytetu Silskoho Hospodarstva imeni Petra Vasylenka, 201, 132–140. [in Ukrainian].

6. 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, 13, 1–7.

7. Nesterenko, O. V., Vasylkovskyi, O. M., Kisilov, R. V., & Salo, V. M. (2024). Analiz odnosharovoho rukhu zernovoho materialu u vertykalnomu pnevmoseparatsiinomu kanali [Analysis of single-layer movement of grain material in a vertical pneumatic separation channel]. Tsentralnoukrainskyi naukovyi visnyk: tekhnichni nauky, 9(40, Ch. 2), 31–40. https://doi.org/10.32515/2664-262X.2024.9(40).2.31-40 [in Ukrainian].

8. Nesterenko, A. V., Leshchenko, S. M., Vasylkovskyi, O. M., & Petrenko, D. I. (2017). Analytical assessment of the pneumatic separation quality in the process of grain multilayer feeding. INMATEH - Agricultural Engineering, 53(3), 65–70.

9. Nedielskyi, D. S., Petrenko, D. I., Leshchenko, S. M., & Vasylkovskyi, O. M. (2025). Mekhatronnyi analiz roboty pnevmogravitatsiinoho separatora zernovykh sumishei [Mechatronic analysis of the pneumatic gravity separator operation of grain mixtures]. Tsentralnoukrainskyi naukovyi visnyk: tekhnichni nauky, 12(43, Ch. I), 245–252. https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.12(43).1.245-252 [in Ukrainian].

10. Aliev, E. B. (2023). Chyselne modeliuvannia protsesiv ahropromyslovoho vyrobnytstva [Numerical modeling of agro-industrial production processes]. Ahrarna nauka. https://doi.org/10.31073/978-966-540-584-9 [in Ukrainian].

11. Nesterenko, O. V., Leshchenko, S. M., Vasylkovskyi, O. M., & Petrenko, D. I. (2021). Otsinka rivnomirnosti rozpodilu ta zasmichenosti zerna pry ioho bahatorivnevomu vvedenni v pnevmoseparuiuchyi kanal [Assessment of the uniformity of distribution and contamination of grain during its multi-level introduction into the pneumatic separation channel]. Konstruiuvannia, vyrobnytstvo ta ekspluatatsiia silskohospodarskykh mashyn, (51), 111–116. https://doi.org/10.32515/2414-3820.2021.51.111-116 [in Ukrainian].

12. Pnevmogravitatsiinyi separator [Pneumogravity separator] (Patent No. 153219). (2023). Ukrainian Intellectual Property Institute. [in Ukrainian].

13. Yakhno, O. M., Uzunov, O. V., Luhovskyi, O. F., et al. (2017). Prykladna hidroaeromekhanika i mekhanotronika [Applied hydroaeromechanics and mechatronics]. Vinnytsia National Technical University. [in Ukrainian].

14. Krylyk, L. V., Bohach, I. V., & Lisovenko, A. I. (2019). Chyselni metody. Chyselne intehruvannia funktsii [Numerical methods. Numerical integration of functions]. Vinnytsia National Technical University. [in Ukrainian].

1. Моделювання технологічних процесів в типових об'єктах післязбиральної обробки і зберігання зерна (очищення, сепарація, сушіння, активне вентилювання, охолодження) : колект. монографія / Котов Б. І. та ін.; Нац. акад. аграр. наук України, Нац. наук. центр "Ін-т механізації та електрифікації сіл. госп-ва". Київ; Ніжин : Лисенко М. М. [вид.], 2017. 551 с.

2. Modeling of aerodynamic separation of preliminarily stratified grain mixture in vertical pneumatic separation duct / S. Kharchenko et al. Applied Sciences. 2021. Vol. 11, no. 10. P. 4383. DOI: https://doi.org/10.3390/app11104383.

3. Обґрунтування конструктивної схеми пневморешітного сепаратора зерна / Васильковський О.М. та ін. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник. Кропивницький : ЦНТУ. Вип. 51. 2021. С. 104-110. DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2021.51.104-110.

4. Areas of improvement of feeding devices for pneumatic separation channels / O. Nesterenko, O. Vasylkovskyi, R. Kisilov. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences. 2023. Col.7(38), Part II. S. 90–97. DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2023.7(38).2.90-97.

5. Алієв Е. Б., Гаврильченко О. С. Обґрунтування автоматизованої системи керування потоком повітря в аеродинамічному сепараторі насіннєвого матеріалу. Сучасні проблеми вдосконалення технічних систем і технологій у тваринництві. Вісник Харківського Національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка. Харків. 2019. Вип. 201. С. 132–140.

6. The mathematical modeling of changes in grain moisture and heat loss on adsorption drying from parameters of grain dryer / I.L. Rogovskii, S.P. Stepanenko, A.V. Novitskii, V.I. Rebenko. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 13. рр.1–7.

7. Аналіз одношарового руху зернового матеріалу у вертикальному пневмосепараційному каналі / О. В. Нестеренко, О. М. Васильковський, Р. В. Кісільов, В. М. Сало. Центральноукраїнський науковий вісник: технічні науки: Збірник наукових праць. Кропивницький : ЦНТУ, 2024. Вип. 9(40). Ч. 2. С. 31–40. DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2024.9(40).2.31-40

8. Nesterenko, A.V., Leshchenko, S.M., Vasylkovskyi, O.M., Petrenko, D.I. Analytical assessment of the pneumatic separation quality in the process of grain multilayer feeding. INMATEH - Agricultural Engineering. 2017. No.53(3). Рp. 65–70.

9. Мехатронний аналіз роботи пневмогравітаційного сепаратора зернових сумішей / Д. С. Нєдєльський, Д. І. Петренко, С. М. Лещенко, О. М. Васильковський. Центральноукраїнський науковий вісник: технічні науки : Збірник наукових праць. 2025. Вип. 12(43). Ч. I. С. 245–252. DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.12(43).1.245-252.

10. Алієв Е.Б. Чисельне моделювання процесів агропромислового виробництва : підручник. Київ : Аграрна наука, 2023. 340 с. DOI: 10.31073/978-966-540-584-9.

11. Нестеренко О.В., Лещенко С.М., Васильковський О.М., Петренко Д.І. Оцінка рівномірності розподілу та засміченості зерна при його багаторівневому введенні в пневмосепаруючий канал. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин : Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник. Кропивницький : ЦНТУ. Вип. 51. 2021. С. 111–116. DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2021.51.111-116.

12. Пневмогравітаційний сепаратор : пат. 153219 Україна : МПК B07B 4/02 (2006.01), B07B 7/01 (2006.01). № u 202203732 ; заявл. 05.10.2022 ; опубл. 07.06.2023, Бюл. № 23/2023.

13. Яхно О.М., Узунов О.В., Луговський О.Ф. та ін. Прикладна гідроаеромеханіка і механотроніка : підручник. Вінниця : ВНТУ, 2017. 711 с.

14. Чисельні методи. Чисельне інтегрування функцій : навчальний посібник / Л. В. Крилик, І. В. Богач, А. І. Лісовенко. Вінниця : ВНТУ, 2019. 74 с.

Copyright (c) 2025 Dmytro Petrenko, Sergii Leshchenko, Dmytro Nedelsky, Ihor Bilitsenko