Адаптивность процесса сушки зерна в высокочастотном электромагнитном поле

Сушка зерна высокочастотной электромагнитной индукцией представляет собой адаптивный процесс, самонастраивающийся в зависимости от влажности и количества поступающего зерна, нами предлагается СВЧ транзисторно – тиристорный генератор. Винтовая поверхность имеет геликоидальный  переменный  угол подъем.

Введение

Зерновое производство является базовой отраслью всего сельского хозяйства Казахстана. По сравнению с советским периодом производство зерна упало примерно в 1,5 раза, составляя около 14-20 млн.т. в год.

Президент РК Н.Назарбаев подписал в мае 2013году Концепцию развития Зеленой экономики, где подчеркивается, что урожайность зерна,по сравнению с Канадой (где такие же почвенно- климатические условия как и в Казахстане), ниже в 2,5 раза, что объясняется целым рядом причин: низким качеством семенного материала, практически мизерным внесением минеральных удобрений (сравните 4 кг/га и 111 кг/га)  и архаичностью технологий. Более того, полученный с таким трудом урожай, не удается полностью сохранить. Например, в 2012году из-за затяжных дождей, перешедших в снег, в поле осталась значительная часть урожая, а собранное, очень влажное зерно негде было хранить и сушить. Правильная и своевременная сушка зерна является не только залогом его сбережения, но и сохранением посевных качеств семенного материала. Существующие технологии сушки зерна основаны на нагревании зерна тем или иным способом за счет сжигания углеводов - угля, мазута или газа[1]. Все эти технологии вступают в явное противоречие с декларируемой парадигмой «зеленой экономики» - большие выбросы углекислого газа и тепла в атмосферу, загрязняя окружающую среду и внося свою немалую лепту в потепление климата.

Альтернативой существующим технологиям предлагается использование высокочастотного электромагнитного поля, которое не только не имеет выбросов в атмосферу, но воздействует непосредственно на внутреннюю часть нагреваемого тепла (зерна), нежели на поверхность как в традиционных способах, причем к.п.д. возрастет с увеличением влажности зерна. С этой целью нами предлагается СВЧ транзисторно – тиристорный генератор, который в отличие от магнетронного генератора, имеет более высокий к.п.д., т.к. не расходуется большая часть энергии на нагрев нити накала магнетрона (рис.1).

Схема СВЧ – установки с винтом.

Рисунок 1.Схема СВЧ – установки с винтом.

Зерно подается в цилиндрический контур из диэлектрика по  геликоидальной винтовой поверхности, на которой угол подъема винта всегда соответствует текущему значению  угла  трения.  Например,  в  первой  фазе,  поступившее  влажное  зерно  как     бы «залипает» к винтовой поверхности, затем по мере высыхания коэффициент трения уменьшается и зерно медленно перемещается на следующий уровень. Таким образом, в нижней части этого рабочего органа будет сходить зерно, требуемой влажности. Если зерно имеет очень высокую влажность, то используется многокаскадное устройство. Например, 1- ый  каскад сушит с  26% до 20%, второй  с 20% до 17% и третий с 17% до 12-13%.

Винтовая поверхность имеет геликоидальный переменный угол подъема (угол наклона винтовой линии).

Теоретические исследования начинаются с понимания распространения электромагнитного СВЧ излучения в среде: зерно - воздух. Исходя из уравнений электродинамики Максвелла- Лоренца:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

 

Электромагнитное СВЧ поле воздействуют на влагу и ионы в зерне, электрические диполи меняя знак (2-3)∙106 раз в секунду изменяют свое направление и при этом возникают силы трения, которые вызывают нагрев внутри ионизированной влаги зерновок. Возникающие тепловые процессы описываются уравнением термодинамики [2].

Прибор для определения диэлектрической постоянной зерна, воздуха, колосьев и стеблей.

Диэлектрическая проницаемость зерна и воздуха зависит от влажности. При влажности зерна 12% видно, что дисперсии практически не влияют на «потери» энергии в материале.   Основным   фактором      в   формуле   10      представляет   такой   параметр, как коэффициент заполнения  l .0l ≤0,85.

Необходимо  отметить,  что   l  –  это     процесс,  зависящий  механизма   заполнения активатора. Тангенс потерь tg σ изменяется в пределах 0,05 до 0,07, и таким образом коэффициент потерь будет равен 2*(0,05-0,07)=0,12, и формула Максвелла сводится к простому виду:

Т.е.     выделяемое     в    зерне    тепло     пропорционально    частоте     генератора,    квадрату напряженности электрического поля и зависит от коэффициента заполнения активатора l .

Таким образом, из формулы (10) следует, что с увеличением потока поступающего зерна в активатор возрастает количество тепла от СВЧ-генератора. 

Выводы

Сушка зерна высокочастотной электромагнитной индукцией представляет собой адаптивный процесс, самонастраивающийся в зависимости от влажности и количества поступающего зерна.

 

Литература

  1. Лыков А.В. Теория переноса энергии и вещества / А.В. Лыков, Ю.А. Михайлов. - Минск: Изд-во Акад. Наук БССР, 1954. - 357с.
  2. Лыков А.В. Тепло- и массообмен в процессах сушки. - Гос- энергоиздат, 1956. - 452с.
Год: 2014
Город: Алматы