5. Phương pháp nghiên cứu
2.2.3.Phương pháp xác định công suất trộn
* Theo [43] tác giả I.P Borodatrep cho rằng công suất động cơ dẫn động buồng trộn phải thắng được tổng các mô men trong quá trình trộn vật liệu gây ra cùng với các lực cản cơ học khác. Lực cản của vật liệu đối với các cánh trộn được xét như lực cản thuỷ lực của vật rắn chuyển động trong khối chất lỏng không nhớt. Quan điểm này xuất phát từ các lý thuyết tính toán thích hợp với quá trình làm việc của máy trục ngang.
45
Với quan điểm như trên để xác định lực cản trong buồng trộn, ta xuất phát từ công thức Niutơn xét cho trường hợp chuyển động có trượt của một vật rắn trong chất lỏng không nhớt:
P = γFv 2 (kG) (2.33)
Trong đó:
P: Lực cản của hỗn hợp trộn lên vật rắn, ở đây vật rắn chuyển động là bàn tay trộn. γ: Khối lượng riêng của hỗn hợp (kg/m3).
g: Gia tốc trọng trường; g=9,81 (m/s2). v: Vận tốc chuyển động của vật rắn, (m/s).
F: Diện tích hình chiếu của vật chuyển động (m2), xét theo phương vuông góc với phương của vận tốc.
- Ngoài phương pháp tính công suất dẫn động của buồng trộn của tác giả I.P Borodatrep còn có phương pháp của tác giả Szevrov K.P. Phương pháp này xây dựng trên cơ sở quá trình hoạt động thực tế của buồng trộn và dựa vào các quy luật cơ học để nhận được công thức giải tích thích hợp.
Theo tác giả Szevrov, việc tính toán công suất dẫn động trục trộn dựa trên việc xác định các thành phần lực cản chủ yếu như các lực ma sát của hỗn hợp trên cánh trộn, lực ma sát của hỗn hợp trên thành buồng trộn, lực nâng vật liệu và các lực cản xuất hiện khi cánh trộn cắt vật liệu.
Công suất dẫn động trục trộn được tính theo công thức: N=W/t
t: Thời gian trộn.
W: Năng lượng hao phí cho quá trình trộn.
46 11 W= ∑ Wi i =1 (2.35) Trong đó:
W1:Lực ma sát sinh ra do chuyển động giữa hỗn hợp và thành buồng trộn dưới tác dụng của trọng lượng khối vật liệu mà cánh trộn cần vận chuyển.
W2: Là công của lực cản sinh ra khi trục trộn quay, lực li tâm của hỗn hợp chuyển động quay do bàn tay trộn sẽ gây ra lực ma sát trên thành của buồng trộn.
W3: Lực ma sát, sinh ra do áp lực Q1 (là thành phần áp lực do tổng của lực ma sát do trọng lượng khối hỗn hợp cần di chuyển và lực ma sát do thành phần lực ly tâm của hỗn hợp chuyển động gây ra) tác dụng vuông góc với bàn tay trộn được đặt nghiêng một góc α với cánh tay trộn.
W4: Lưc cản cắt tỷ lệ với ứng suất cắt của hỗn hợp tác dụng lên cạnh bên, phía trên cánh trộn.
W5: Lực ma sát do trọng lượng của hỗn hợp sinh ra ở cạnh phía trên cánh trộn. W6: Lực ma sát ở cạnh phía trên của cánh trộn do ảnh hưởng của áp lực theo phương vuông góc sinh ra do lực cản cắt.
W7: Lực cản nâng do trọng lượng của vật liệu trên bàn tay trộn. W8: Lực ma sát trên bề mặt cánh trộn đặt nghiêng góc α.
W9: Lực cản nâng do trọng lượng của vật liệu trên cánh tay đòn gây ra. W10: Lực cản ma sát sinh ra trên bề mặt cánh tay trộn đặt nghiêng một góc α, do áp lực của vật liệu trên cánh tay đòn.
W11: Lực cản cắt tỷ lệ với ứng suất cắt của hỗn hợp sinh ra trên các cạnh của cánh trộn.
47
Kết luận chương 2
1. Nguyên liệu thức ăn chăn nuôi rất đa dạng. Tùy loại nguyên liệu, khối lượng riêng trên đơn vị thể tích của các loại vật liệu là khác nhau (Bảng 2.1), hệ số ma sát cũng khác nhau. Đây là tính chất cơ bản của nguyên liệu trộn;
2. Phương pháp mô hình đồng dạng và phép phân tích thứ nguyên là phương pháp nghiên cứu khoa học cho phép xác định và giải thích những qui luật tổng quát của các hiện tượng, các quá trình xảy ra và thiết lập mối quan hệ nghiên cứu hệ thống. Trên cơ sở phân tích các yếu tố ảnh hưởng đối với máy trộn thức ăn chăn nuôi (Bảng 2.3), tính các chuẩn số đồng dạng và xây dựng phương trình chuẩn số mô tả đầy đủ quá trình vật lý xảy ra của quá trình trộn (phương trình 2.3), đồng thời đề xuất được 4 chuẩn số cơ bản làm thông số “vào” trong thực nghiệm (π2,π4, π8,π10). Đây là cơ sở để xây dựng mô hình thí nghiệm phù hợp với mục tiêu nghiên cứu của đề tài. Cơ sở của việc sử dụng phương pháp này được trình bày trong chương 3; 4. Đề tài luận án sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm theo kế hoạch 3 mức Box-Behnken, với các yếu tố vào là 4 chuẩn số cơ bản và yếu tố ra là tiêu thụ năng lượng và độ trộn đều. Kết quả của bài toán quy hoạch thực nghiệm được sử dụng để tiếp tục tính toán xác định máy trộn thực trong sản xuất nhờ phương pháp mô hình- đồng dạng mà tác giả sẽ trình bày trong phần tiếp theo.
48
CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trộn đều sản phẩm là khâu trọng yếu trong dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi. Trong công nghệ chế biến thức ăn chăn nuôi, nguyên liệu được chuyển động trong điều kiện có tác dụng cánh trộn, về mặt cấu trúc vật lý có thể xem như vật rắn - lỏng - khí, hoặc rắn - khí. Trường hợp đó gọi là dòng lưu chất hai pha.
Dòng hai pha thường gặp trong tự nhiên. Trong kỹ thuật, dòng hai pha được ứng dụng ở thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị hóa chất, công nghệ chế biến thực phẩm, chế biến thức ăn chăn nuôi v.v...Cụm từ hai pha dùng để biểu diễn khối lưu chất cùng cấu trúc vật lý. Trong dòng hai pha, các pha khác nhau có sự tương tác lẫn nhau, làm thay đổi hình dạng mặt phân cách, chuyển từ dạng dòng chảy này sang dòng chảy khác, vì vậy dòng chảy hai pha thường được phân ra chế độ dòng khác nhau với phương pháp nghiên cứu khác nhau.
Động lực học dòng hai pha, khả năng chuyển pha là những hiện tượng rất phức tạp (vị trí phân cách, điều kiện vách phức tạp v.v...).Thuật ngữ truyền thống được dùng để phân loại dòng hai pha là “kiểu dòng chảy” với chế độ thay đổi theo thời gian