Обґрунтування конструктивно-технологічної схеми кавітаційного диспергатора-гомогенізатора сільськогосподарської сировини рослинного походження на кормові цілі

Abstract

Актуальною задачею є підвищення ефективності приготування якісних кормів за рахунок застосування технологічних процесів диспергування і гомогенізації із кавітаційною обробкою кормових компонентів. Метою досліджень є обґрунтування конструктивно-технологічної схеми кавітаційного диспергатора-гомогенізатора сільськогосподарської сировини рослинного походження на кормові цілі. В результаті досліджень запропонована і обґрунтована конструкцію робочих органів (ротор і статор) кавітаційного диспергатора-гомогенізатора. Конструктивно резонатори статора і конфузори ротора в момент їх співставлення утворюють лопаті, кривизна яких повторю кривизну робочого колеса відцентрового насоса. Для перевірки роботи пропонованих робочих органів кавітаційного диспергатора-гомогенізатора проведено чисельне моделювання з використанням програмного пакету Star CCM+. Моделювання проводилися з використанням моделі багатофазної взаємодії, Ейлеревої багатофазності, метода об’ємної рідини (VOF). Рух фаз підпорядковується k-ε моделі турбулентності. При першому наближені суміш представлялася як двофазне середовище рідина-газ, при цьому газом є газоподібна фаза рідини. Термодинамічний стан суміші припускався, як роздільна багатофазна температура. Було прийнято, що рідина в процесі руху мала постійну щільність, а газ був ідеальним. Взаємодія між фазами рідина-газ підпорядковувалася моделі об’ємної рідини VOF-VOF і кавітації Schnerr-Sauer. В результаті чисельного моделювання процесу кавітаційної диспергації на розробленій конструкції доведено її ефективність в якості насоса для покачування рідини із компонентами кормової суміші, а також в якості подрібнювача використовуючи гідравіляний удар, який утворюється в наслідок явища кавітації у резонаторах статора і конфузорах ротора An urgent task is to increase the efficiency of preparation of high-quality feed through the use of technological processes of dispersion and homogenization with cavitation processing of feed components. The aim of the research is to substantiate the constructive-technological scheme of cavitation dispersant homogenizer of agricultural raw materials of plant origin for feed purposes. As a result of research, the design of the working bodies (rotor and stator) of the cavitation dispersant-homogenizer was proposed and justified. Structurally, stator resonators and rotor confusers at the moment of their comparison form blades, the curvature of which repeats the curvature of the impeller of a centrifugal pump. To verify the operation of the proposed working bodies of the cavitation dispersant-homogenizer, numerical simulation was performed using the Star CCM + software package. Modeling was carried out using the model of multiphase interaction, Eulerian multiphase, volumetric fluid method (VOF). The phase motion obeys the k-ε turbulence model. At the first, the approximate mixture was presented as a two-phase liquid-gas medium, while the gas is the gaseous phase of the liquid. The thermodynamic state of the mixture was allowed as a resolving multiphase temperature. It was assumed that the liquid in the process of movement had a constant density, and the gas was ideal. The interaction between the liquid-gas phases obeyed the VOF-VOF bulk fluid and Schnerr-Sauer cavitation models. As a result of numerical simulation of the cavitation dispersion process on the developed design, its effectiveness is proved as a pump for pumping liquids with components of the feed mixture, as well as a grinder using a hydro-shock, which is formed as a result of cavitation in the stator resonators and rotor confusers.