Математическое моделирование процесса прямого отжима масличной культуры
Автор: Анферов С.Д., Скульский О.И., Славнов Е.В.
Статья в выпуске: 1, 2014 года.
Бесплатный доступ
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.
Отжим, пористая среда, фильтрация, двухфазная смесь, вязкая жидкость, метод конечных элементов
Короткий адрес: https://sciup.org/146211508
IDR: 146211508 | УДК: 532.133
Mathematical modelling of vegetable oil plunger extraction
The research relates to studying a mixture of grained oilseeds saturated with oil and deformed with plunger molding. Mathematical simulations aim was determination of oil extraction velocity under the set loading conditions. Current statement treats processed material as biphasic mixture. Oilseed cake presented the first phase, which also was material’s porous skeleton. Vegetable oil filling the porous skeleton was the second phase of the mixture. Multiphase dynamics approach was applied in current research for material behavior description. Balance equations were set up for each mixture components. Interfacial volumetric force introduction modelled filtration of liquid. According to former researches, viscous liquid model described properties of porous skeleton as well as properties of vegetable oil. Porous skeleton viscosity assumed to be pressure dependent. Numerical solution of problem was carried out in two-dimensional statement for expression chamber middlesection using finite element approach. The primary variables were constituent’s velocity and pressure fields. Current study used cake pressure dependent porosity model that is common in porous media mechanics. Computational domain discretization was carried out using nine-node rectangular finite elements with linear and quadratic approximation for pressure and velocity fields respectively. Oil saturation distribution along expression chamber height obtained in numerical experiments demonstrates nonlinearity under high external loads. Moreover, the study investigated porosity changes influence on vegetable oil flow during expression.
