Математическое моделирование процесса прямого отжима масличной культуры

Аннотация


В качестве объекта исследования выступала смесь измельченных зерен масличной культуры, пропитанных маслом, подвергавшихся деформированию при плунжерном прессовании. Целью моделирования было определение скорости оттока растительного масла при заданных условиях нагружения. Обрабатываемый материал в этой модели был представлен двухфазной смесью. Первой фазой был жмых масличной культуры, игравший роль пористого скелета. Растительное масло, насыщающее пористый скелет, являлось второй фазой среды. Для описания поведения материала был применен подход динамики многофазных сред. Для каждого из компонентов смеси были составлены балансовые уравнения. Фильтрация была описана введением силы межфазного взаимодействия. На основе проведенных ранее исследований для описания свойств пористого скелета и масла была использована модель вязкой жидкости. Вязкость пористого скелета предполагалась зависящей от давления. Численное решение задачи было выполнено в двумерной постановке для среднего сечения камеры отжима с применением метода конечных элементов. В качестве основных неизвестных величин выступали поля скорости и давления компонентов смеси. В соответствии с распространенным в подземной гидродинамике подходом пористость материала предполагалась зависящей от эффективного давления пористого скелета. Дискретизация области проводилась с помощью четырехугольных девятиузловых конечных элементов с линейным и квадратичным порядком аппроксимации полей давления и скорости соответственно. В полученных решениях распределение содержания масла по длине камеры отжима проявляет нелинейность при высоких внешних нагрузках. Также было показано, что значительное влияние на расход отжатого масла оказывает изменение пористости в процессе прессования.

Об авторах

С Д Анферов

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь, Россия

Email: anferov@icmm.ru
614013, г. Пермь, ул. Академика Королева, 1 инженер-исследователь лаборатории механики термопластов Института механики сплошных сред УрО РАН

О И Скульский

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь, Россия

Email: skul@icmm.ru
614013, г. Пермь, ул. Академика Королева, 1 доктор технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории механики термопластов Института механики сплошных сред УрО РАН

Е В Славнов

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь, Россия

Email: slavnov@icmm.ru
614013, г. Пермь, ул. Академика Королева, 1 доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией механики термопластов Института механики сплошных сред УрО РАН

Список литературы

  1. Славнов Е.В., Петров И.А. Изменение вязкости экструдата рапса в процессе отжима масла // Аграрный вестник Урала. - 2011. - № 6. - С. 42-44.
  2. Славнов Е.В., Петров И.А., Анферов С.Д. Изменение вязкости экструдата рапса в процессе отжима масла (влияние давления) // Аграрный вестник Урала. - 2011. - № 10. - С. 16-18.
  3. Славнов Е.В. Изменение проницаемости масличных культур в процессе отжима масла на примере экструдата рапса // Доклады Рос. акад. с.-х. наук. - 2013. - № 3. - С. 58-60.
  4. Яковлев Д.А. Теоретические исследования процесса отжима сока шнековым рабочим органом с дополнительным дренирующим контуром // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2011. - Т. 11. - № 7. - С. 997-1004.
  5. Яковлев Д.А. Рационализация шнекового рабочего органа для отжима сока из зеленых растений // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2010. - Т. 10. - № 4. - С. 556-559.
  6. Петров И.А., Славнов Е.В. Моделирование шнек-прессового отжима как совокупности процессов течения вязкой несжимаемой смеси и фильтрации жидкости сквозь пористую среду // Вычислительная механика сплошных сред. - 2013. - Т. 6, № 3. - С. 277-285. doi: 10.7242/1999-6691/2013.6.3.31
  7. Меретуков З.А., Косачев В.С., Кошевой Е.П. Решение задачи нелинейной напоропроводности при отжиме // Известия вузов. Пищевая технология. - 2011. - Т. 323-324. - № 5-6. - С. 62-64.
  8. Меретуков З.А., Кошевой Е.П., Косачев В.С. Решение дифференциального уравнения отжима // Новые технологии. - 2011. - № 4. - С. 54-57.
  9. Asgari A., Bagheripour M.H., Mollazadeh M. A generalized analytical solution for a nonlinear infiltration equation using the exp-function method // Scientia Iranica. - 2011. - Vol. 18, iss. 1. - P. 28-35. doi: 10.1016/j.scient.2011.03.004
  10. Sanavia L., Schrefler B.A., Steinmann P. A formulation for an unsaturated porous medium undergoing large inelastic strains // Computational Mechanics. - 2002. - Vol. 28. - P. 137-151.
  11. Аптуков В.Н. Модель упруговязкопластического пористого тела // Вестник Перм. ун-та. Математика. Механика. Информатика. - 2008. - № 4. - С. 77-81.
  12. Wang S.-J., Hsu K.-C. Dynamic interactions of groundwater flow and soil deformation in randomly heterogeneous porous media // Journal of Hydrology. - 2013. - Vol. 499. - No. 30. - P. 50-60. doi: 10.1016/j.jhydrol.2013.06.047
  13. Model coupling for multiphase flow in porous media / R. Helmig, B. Flemisch, M. Wolff, A. Ebigbo, H. Class // Advances in Water Resources. - 2013. - Vol. 51. - P. 52-66. doi: 10.1016/j.advwatres.2012.07.003
  14. Kondaurov V.I. A non-equilibrium model of a porous medium saturated with immiscible fluids // Journal of Applied Mathematics and Mechanics. - 2009. - Vol. 73. - Iss. 1. - P. 88-102. doi: 10.1016/j.jappmathmech.2009.03.004
  15. Khoei A.R., Mohammadnejad T. Numerical modeling of multiphase fluid flow in deforming porous media: A comparison between two- and three-phase models for seismic analysis of earth and rockfill dams // Computers and Geotechnics. - 2011. - Vol. 38, iss. 2. - P. 142-166. doi: 10.1016/j.compgeo.2010.10.010
  16. Amaziane B., Jurak M., Keko A.Ž. Numerical simulations of water-gas flow in heterogeneous porous media with discontinuous capillary pressures by the concept of global pressure // Journal of Computational and Applied Mathematics. - 2012. - Vol. 236, iss. 17. - P. 4227-4244. doi: 10.1016/j.cam.2012.05.013
  17. Sun S., Salama A., El-Amin M.F. An Equation-Type Approach for the Numerical Solution of the Partial Differential Equations Governing Transport Phenomena in Porous Media // Procedia Computer Science. - 2012. - Vol. 9. - P. 661-669. doi: 10.1016/j.procs.2012.04.071
  18. Fučík R., Mikyška J. Discontinous Galerkin and Mixed-Hybrid Finite Element Approach to Two-Phase Flow in Heterogeneous Porous Media with Different Capillary Pressures // Procedia Computer Science. - 2011. - Vol. 4. - P. 908-917. doi: 10.1016/j.procs.2011.04.096
  19. Mixed and Galerkin finite element approximation of flow in a linear viscoelastic porous medium / E. Rohan, S. Shaw, M.F. Wheeler, J.R. Whiteman // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. - 2013. - Vol. 260. - P. 78-91. doi: 10.1016/j.cma.2013.03.003
  20. El-Amin M.F., Salama A., Sun S. A Conditionally Stable Scheme for a Transient Flow of a Non-Newtonian Fluid Saturating a Porous Medium // Procedia Computer Science. - 2012. - Vol. 9. - P. 651-660. doi: 10.1016/j.procs.2012.04.070
  21. Liu J., Mu L., Ye X. A Comparative Study of Locally Conservative Numerical Methods for Darcy's Flows // Procedia Computer Science. - 2011. - Vol. 4. - P. 974-983. doi: 10.1016/j.procs.2011.04.103
  22. Choquet C. On a fully coupled nonlinear parabolic problem modelling miscible compressible displacement in porous media // Journal of Mathematical Analysis and Applications. - 2008. - Vol. 339. - Iss. 2. - P. 1112-1133. doi: 10.1016/j.jmaa.2007.07.037.
  23. Механика насыщенных пористых сред / В.Н. Николаевский, К.С. Басниева, А.Т. Горбунов, Г.А. Зотов. - М.: Недра, 1970. - 339 с.
  24. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1. - М.: Наука, 1987. - 464 с.
  25. Albets-Chico X., Kassinos S. A consistent velocity approximation for variable-density flow and transport in porous media // Journal of Hydrology. - 2013. - Vol. 507. - No. 12. - P. 33-51. doi: 10.1016/j.jhydrol.2013.10.009
  26. Торнер Р.В. Теоретические основы переработки полимеров. - М.: Химия, 1977. - 464 с.
  27. Скульский О.И., Аристов С.Н. Механика аномально вязких жидкостей. - Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2004. - 156 с.
  28. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. - М.: Наука, 1972. - 392 с.
  29. Коновалов А.Б. Имитационное моделирование рабочего процесса в прессах с продольной фильтрацией // Технико-технологические проблемы сервиса. - 2012. - Т. 20, № 2. - С. 40-47.
  30. Reddy J.M. An introduction to nonlinear finite element analysis. - Oxford, 2004. - 482 p.
  31. Segal Ir.A. Finite element methods for the incompressible Navier-Stokes equations. - Delft University of Technology, 2012. - 80 p.
  32. Reddy J.M., Brezzi F., Fortin M. Mixed and Hybrid Finite Element Methods. - Springrer-Verlag, 1991.
  33. Об альтернативном способе определения предела упругости горных пород в условиях, адекватных пластовым / В.А. Вавилин, Ю.К. Романов, Т.Р. Галиев, Р.Ф. Сулейманов // Георесурсы. - 2008. - № 5. - С. 44-48.

Статистика

Просмотры

Аннотация - 115

Cited-By


PlumX


© Анферов С.Д., Скульский О.И., Славнов Е.В., 2014

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах