ISSN 2658-6525 (Online)
ISSN 2658-4123 (Print)
Основан в 1990 году
Реестровая запись
ПИ № ФС 77-74640
от 24 декабря 2018 г.

Вы здесь: Главная Архив статей (2014-2016) 2025 №2 Список статей 04. Мухаметдинов А. М., Мударисов С. Г. Экспериментальная оценка параметров двухфазных течений в пневмосистеме посевного комплекса

PDF Скачать статью в pdf.

DOI: 10.15507/2658-4123.035.202502.243-265

EDN: https://elibrary.ru/lnvooa

УДК 005.936.31:621

 

Экспериментальная оценка параметров двухфазных течений в пневмосистеме посевного комплекса

 

Мухаметдинов Айрат Мидхатович
кандидат технических наук, доцент, заведующий научно-исследовательской лабораторией цифровых двойников и конструирования машин для химической и биологической защиты растений Башкирского государственного аграрного университета (450001, Российская Федерация, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, д. 34), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3802-8151, Researcher ID: G-3461-2018, Scopus ID: 57204634851, SPIN-код: 8297-3621, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Мударисов Салават Гумерович
доктор технических наук, профессор, академик Академии наук Республики Башкортостан, ведущий научный сотрудник лаборатории цифровых двойников и конструирования машин для химической и биологической защиты растений Башкирского государственного аграрного университета (450001, Российская Федерация, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, д. 34), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9344-2606, Researcher ID: G-2217-2018, Scopus ID: 57200284613, SPIN-код: 6893-9957, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Аннотация
Введение. В современных посевных комплексах транспортирование и распределение семян и удобрений происходит с помощью воздушного потока. При моделировании технологических процессов работы таких пневматических систем методами вычислительной гидродинамики и дискретных элементов важным этапом является определение параметров межфазного взаимодействия двухфазных течений «воздух – семена» и «воздух – удобрения». От интенсивности межфазного взаимодействия зависят как возможность реализации моделей вычислительными методами, так и сложность используемых моделей.
Цель исследования. Экспериментальная оценка параметров двухфазных течений в пневматической системе посевного комплекса, где в качестве несущей фазы используется поток воздуха, а в качестве дисперсной фазы – смесь твердых частиц гранул удобрений.
Материалы и методы. Исследование проводилось с использованием экспериментальных методов, включающих высокоскоростную видеосъемку, парусный классификатор и цифровые анемометры для анализа параметров воздушного потока и движения частиц. Методика содержала определение влажности материалов, скорости витания частиц, объемной концентрации фаз, а также расчет гидродинамических характеристик в различных участках пневмосистемы. Применялись современные подходы к анализу двухфазных течений с учетом взаимодействия между частицами и стенками транспортных каналов.
Результаты исследования. Эксперименты выявили существенные различия в параметрах течения между горизонтальными и вертикальными участками пневмосистемы. Установлена зависимость аэродинамических характеристик частиц от их физико-механических свойств. Наблюдалось значительное изменение объемной концентрации дисперсной фазы по длине транспортных пневмопродов посевного комплекcа, что указывает на переход между различными режимами течения. Коэффициенты сопротивления частиц демонстрировали четкую корреляцию с критериями подобия, характерными для промежуточной области кривой Рэлея.
Обсуждение и заключение. Проведенные исследования позволили разработать методику оценки параметров двухфазных течений в пневмосистемах и выявить ключевые факторы, влияющие на эффективность транспортировки и распределения семян и удобрений. Результаты исследования имеют практическое значение для совершенствования конструкций посевной техники и разработки цифровых двойников технологических процессов. На основе проведенного анализа предложены направления дальнейших исследований, включая разработку комплексных CFD-DEM моделей, учитывающих реальные условия работы пневмосистем. Работа вносит вклад в решение актуальной задачи повышения равномерности распределения посевного материала в современных почвообрабатывающих комплексах.

Ключевые слова: пневматическая система, посевной комплекс, параметры двухфазных течений, объемная концентрация удобрений, число Рейнольдса, коэффициент сопротивления

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование: исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-76-10070 (https://rscf.ru/project/23-76-10070/).

Благодарности: авторы выражают благодарность рецензентам за ценные замечания и предложения, сделанные при рецензировании статьи.

Для цитирования: Мухаметдинов А.М., Мударисов С.Г. Экспериментальная оценка параметров двухфазных течений в пневмосистеме посевного комплекса. Инженерные технологии и системы. 2025;35(2):243–265. https://doi.org/10.15507/2658-4123.035.202502.243-265

Вклад авторов:
А. М. Мухаметдинов – осуществление научно-исследовательского процесса, включая выполнение экспериментов и сбор данных; создание и подготовка рукописи: визуализация результатов исследования и полученных данных.
С. Г. Мударисов – формулирование идеи исследования, целей и задач; создание и подготовка рукописи: критический анализ черновика рукописи, внесение замечаний и исправлений, в том числе на этапах до и после публикации.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила в редакцию 02.12.2024;
поступила после рецензирования 20.12.2024;
принята к публикации 27.12.2024

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Мударисов С.Г., Рахимов З.С., Гареев Р.Т. Моделирование пневматических распределительных систем зерновых сеялок методами двухфазных течений. Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2018;(4):45–49. https://doi.org/10.18286/1816-4501-2018-4-45-49
  2. Afonso Júnior P.C., Correa P.C., Pinto F.A.C., Queiroz D.M. Aerodynamic Properties of Coffee Cherries and Beans. Biosystems Engineering. 2007;98(1):39–46. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2007.03.010
  3. Shellard J.E., Macmillan R.H. Aerodynamic Properties of Threshed Wheat Materials. Journal of Agricultural Engineering Research. 1978;23(3):273–281. https://doi.org/10.1016/0021-8634(78)90101-4
  4. Shahbazi F. Aerodynamic Properties of Wild Mustard (Sinapis Arvensis L.) Seed for Separation from Canola. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2013;93(6):1466–1470. https://doi.org/10.1002/jsfa.5916
  5. El-Emam M.A., Zhou L., Shi W., Han Ch., Bai L., Agarwal R. Theories and Applications of CFD-DEM Coupling Approach for Granular Flow: A Review. Archives of Computational Methods in Engineering. 2021;28:4979–5020. https://doi.org/10.1007/s11831-021-09568-9
  6. Gao X., Xie G., Li J., Shi G., Lai Q., Huang Y. Design and Validation of a Centrifugal Variable-Diameter Pneumatic High-Speed Precision Seed-Metering Device for Maize. Biosystems Engineering. 2023;227:161–181. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2023.02.004
  7. Han D., Zhang D., Yang L., Li K., Zhang T., Wang Y., Cui T. EDEM-CFD Simulation and Experiment of Working Performance of Inside-Filling Air-Blowing Seed Metering Device in Maize. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering. 2017;33(13):23–31. https://doi.org/10.11975/j.issn.1002-6819.2017.13.004
  8. Hu H., Zhou Z., Wu W., Yang W., Li T., Chang C., et al. Distribution Characteristics and Parameter Optimisation of an Air-Assisted Centralised Seed-Metering Device for Rapeseed Using a CFD-DEM Coupled Simulation. Biosystems Engineering. 2021;208:246–259. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2021.06.005
  9. Эркинов Р.В., Исмаилова Г.И., Усмонова З.Ш., Хусанова М.Н., Дехканов З.К. Физико-химические свойства аммиачной селитры с добавкой зола. Universum: технические науки. 2021;85(4). https://doi.org/10.32743/UniTech.2021.85.4-4.68-70
  10. Macаk M., Krištof K. The Effect of Granulometric Structureand Moisture of Fertili­zer on its Static Strength. Research in Agricultural Engineering. 2016;62(10):S1–S7. https://doi.org/10.17221/31/2016-RAE
  11. Исханов И.Г., Зиганшин Б.Г., Халиуллин Д.Т. Дисковый разбрасыватель минеральных удобрений. Сельский механизатор. 2017;(6):15–16. https://elibrary.ru/yqrjrv
  12. Yatskul A., Lemière J.-P., Cointault F. Influence of the Divider Head Functioning Conditions and Geometry on the Seeds Distribution Accuracy of the Air-Seeder. Biosystems Engineering. 2017;161:120–134. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2017.06.015
  13. Дринча В.М., Дондоков Ю.Ж., Аммосов И.Н., Слепцов Н.Е. Проблемы и перспективы совершенствования процессов пневмосепарации зерна. Вестник АГАТУ. 2023;12(4):92–101. https://elibrary.ru/mekubp
  14. Grift T.E., Hofstee J.W. Measurement of Velocity and Diameter of Individual Fertilizer Particles by an Optical Method. Journal of Agricultural Engineering Research. 1997;66(3):235–238. https://doi.org/10.1006/jaer.1996.0129
  15. Нуруллин Э.Г., Сычугов Н.П., Каминский Э. К методике расчета аэродинамических транспортеров сыпучих материалов. Вестник Казанского технологического университета. 2012;15(9):177–178. https://elibrary.ru/oymdfv
  16. Сычугов Н.П. Влияние числа Рейнольдса на аэродинамическую характеристику диаметральных вентиляторов. Тракторы исельхозмашины. 2016;(1):40–46. https://elibrary.ru/vhzyrf
  17. Ямпилов С.С., Пашинова Н.В. Моделирование аэродинамических свойств семян основных зерновых культур. Вестник ИрГСХА. 2011;42:123–133. https://elibrary.ru/ndkxwn
  18. Мударисов С.Г., Мухаметдинов А.М., Фархутдинов И.М. Обзор параметров и моделей контактов для моделирования семян и гранулированных удобрений методами дискретных элементов. Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2024;(197):58–85. https://elibrary.ru/hrjszq
  19. Mudarisov S., Badretdinov I., Rakhimov Z., Lukmanov R., Nurullin E. Numerical Simulation of Two-Phase “Air-Seed” Flow in the Distribution System of the Grain Seeder. Computers and Electronics in Agriculture. 2020;168:105151. https://doi.org/10.1016/j.compag.2019.105151

 

 

Лицензия Creative Commons
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Подробности
Просмотров: 15
Joomla templates by a4joomla