Закріпити та поглибити теоретичні знання з аеродинамічних властивостей сільськогосподарських матеріалів та навчитись визначати їх експериментально.

Зміст роботи

4. Заміряти розміри частинок різних сільськогосподарських матеріалів, зокрема, насіння сільськогосподарських культур, добрив та інших матеріалів і визначити площу “міделєвого” перерізу частинок.

5. Шляхом відбору проби, зважування і розрахунку визначити середню масу частинок різних матеріалів.

6. Експериментально, на лабораторній установці, визначити середній динамічний тиск повітря, при якому спостерігається паріння частинок сільськогосподарських матеріалів і розрахувати критичну швидкість повітря, коефіцієнт парусності та коефіцієнт аеродинамічного опору.

7. Побудувати діаграми залежності аеродинамічних властивостей від виду сільськогосподарських матеріалів та зробити аналіз одержаних результатів.

8. Зробити висновки за результатами виконаної лабораторної роботи.

Обладнання, прилади, матеріали, інструмент

Парусний класифікатор, трубка Піто-Прандтля, рідинний манометр, дві гнучкі гумові трубки довжиною 300...350 мм, пилосос, лінійка довжиною 300 мм, штангенциркуль, лабораторна вага, наважки, насіння: озимої пшениці, жита, ячменю, вівса, кукурудзи, цукрових буряків; добрива: аміачна селітра, суперфосфат, полова озимої пшениці, програми розрахунку та графічної побудови, комп’ютер.

Теоретична частина

Поведінка частинок сільськогосподарських матеріалів в повітряному потоці визначаються параметрами повітряного потоку та їх аеродинамічними властивостями, до яких належать: критична швидкість повітря V_кр, коефіцієнт парусності k_п, коефіцієнт аеродинамічного опору k.

Розглянемо поведінку одиничної частинки у вертикальному повітряному потоці. На частинку (рис. 1) діє сила ваги Р і силатиску повітряного потоку R, яку знаходимо за формулою Ньютона:

R = k r_п S (V_п – U)², (1)

де R - силааеродинамічного тиску повітря, Н;

k – коефіцієнт аеродинамічного опору частинок матеріалу;

r_п – щільність повітря, кг/м³; r_п = 1,2 кг/м³;

S – площа “міделєво” перерізу, м²;

V_п – швидкість повітряного потоку, м/с; U – швидкість руху частинки, м/с.

 

 

		Vп

 

Рис. 1. Схема взаємодії частинки матеріалу з повітряним потоком:

 

G = m g – вага частинки, Н

При вертикальному повітряному потоці сили G і R направлені в протилежні сторони. В залежності від співвідношення цих сил можливий рух частинки вниз, коли G > R, а такожрух частинки вверх, коли R > G, і її зрівноважений стан (стан паріння частинки), коли G = R коли швидкість руху частинки U = 0. Швидкість повітряного потоку V_п, приякій частинка матеріалу знаходиться у зрівноваженому стані, називають критичною швидкістю V_кр.

Виходячи з умови G = R маємо:

_{_______________}

V_кр = Ö G / (k r_п S). (2)

Коефіцієнт k аеродинамічного опору частинки залежить від її форми, стану поверхні частинки, стану і роду середовища, в якому знаходиться частинка, а також від швидкості руху повітря. Із збільшенням швидкості повітряного потоку k зменшується:

k = k_п m / (r_п S), (3)

де k - коефіцієнт аеродинамічного опору частинки;

k_п – коефіцієнт парусності, м^-1;

m – маса частинки, кг;

r_п - щільність повітря, кг/м³;

S - площа “міделєво” перерізу, м².

Коефіцієнт парусності k_п визначають за формулою

k_п = 9,81 k r_п S / G, (4)

Вирішуючи сумісно вирази (2) і (4), одержимо

k_п = 9,81 / V_кр, (5)

Порядок виконання роботи

1. За допомогою штангенциркуля заміряють розміри частинок матеріалу, що досліджується і записують їх значення в таблицю 1. Середньоарифметичне значення розмірів частинок визначають за формулами

l = (l ₁ + l ₂ + l ₃) / 3; в = (b₁ + b₂ + b₃) / 3; c = (c₁ + c₂ + c₃) / 3; (6)

де l ₁, l ₂, l ₃ - довжина частинок матеріалу, мм;

b₁, b₂, b₃ – ширина частинок матеріалу, мм;

c₁, c₂, c₃ – товщина частинок матеріалу, мм.

 

Таблиця 1 - Результати розрахунку розмірних характеристик частинок

Матеріал	Розміри, мм	Середні розміри, мм	lсг, мм	S, мм^2
l і	bі	сі	l	в	с
Озима пшениця
Озиме жито
Овес
Ячмінь
Кукурудза
Цукрові буряки
Супер-фосфат
Аміачна селітра
Полова пшениці

Якщо частинка має форму кулі, то площу S її “міделєво” перерізу знаходять за формулою:

S = p d² / 4, (7)

де d - діаметр частинки, мм.

Якщо частинка має форму відмінну від кулі, то площу S її “міделєво” перерізу знаходять за формулою:

S = l_сг², (8)

де l_сг – середньогеометричний розмір частинок матеріалу, мм.

Середньогеометричний розмір частинок матеріалу визначають за формулою:

________

l_сг = ³Ö l b c, (9)

де l, b, c – середньоарифметичне значення розмірів частинок, довжини, ширини, товщини, відповідно, мм .

2. Вивчають будову лабораторної установки та порядок роботи з нею і проводять експеримент.

Установка складається з парусного класифікатора, до якого через кран-регулятор підводиться потік повітря під певним тиском, що подається вентилятором. В зоні дії повітряного потоку на матеріал, що досліджується, встановлена трубка Піто-Прандтля, яка гнучкими гумовими трубками з'єднана з рідинним манометром. Останній дозволяє заміряти динамічний тиск повітря, при якому має місце паріння частинок матеріалу в пневмопроводі парусного класифікатора.

Засипають в аеродинамічну трубу парусного класифікатора порцію досліджуваного матеріалу, включають вентилятор при закритому крані-регуляторі. Плавно відкривають кран-регулятор і збільшують швидкість повітряного потоку до такого значення, при якому спостерігається паріння частинок матеріалу у повітропроводі. Заміряють зміну рівня рідини l в трубці рідинного манометра (вздовж трубки манометра) і записують її значення в таблицю 3. Дослід повторюють у трьохкратній повторності.

Динамічний тиск повітря визначають за формулою:

h_д = l _п sin a g g, (10)

де h_д – динамічний тиск повітря, Па;

l _п - динамічний тиск повітря, що виражається зміною рівня рідини в трубці рідинного манометра (заміряють вздовж трубки), мм;

a - кут нахилу трубки манометра до горизонту, a = 30⁰;

g – прискорення вільного падіння, м/с²; g = 9,81 м/с²;

g - щільність робочої рідини манометра, т/м³; для води g = 1 т/м³.

Середнє значення динамічного тиску повітря за три досліди визначають за формулою:

h_дс = (h_д1 + h_д2 + h_д3) / 3, (11)

де h_дс – середнє значення динамічного тиску повітря, Па;

h_д1, h_д2, h_д3 - динамічний тиск повітря, одержаний в кожній повторності досліду (першій, другій та третій), Па.

3. Критичну швидкість повітря визначають за формулою:

___

V_кр = 1,28 Ö h_дс. (12)

Результати розрахунку критичної швидкості заносять в таблицю 3.

4. Коефіцієнт парусності частинок матеріалу визначають за формулою:

k_п = 9,81 / V_кр. (13)

Результати розрахунку коефіцієнта парусності заносять в таблицю 3.

5. Визначають середню масу частинок досліджуваного матеріалу. Для цього відбирають наважки матеріалу масою половині маси 1000 штук частинок і визначають середню масу частинок:

m_c = m_н / n_ч , (14)

де m_c – середня маса частинки досліджуваного матеріалу, кг;

m_н – маса наважки досліджуваного матеріалу, кг;

n_ч - кількість частинок досліджуваного матеріалу в наважці.

Результати визначення середньої маси частинок досліджуваного матеріалу заносять в таблиці 2 та 3.

 

Таблиця 2 - Результати розрахунку середньої маси частинок

 

Назва матеріалу	Маса наважки, кг	Кількість частинок	Середня маса, кг
Озима пшениця
Озиме жито
Овес
Ячмінь
Кукурудза
Цукрові буряки
Суперфосфат
Аміачна селітра
Полова пшениці

6. Коефіцієнт аеродинамічного опору частинок матеріалу набігаючому повітряному потоку визначають за формулою:

k = k_п m / (r_п S), (15)

де k - коефіцієнт аеродинамічного опору частинки;

 

k _п – коефіцієнт парусності, м^-1.

m – маса частинки, кг;

r_п - щільність повітря, кг/м³;

S - площа “міделєво” перерізу, м².

Результати визначення коефіцієнт аеродинамічного опору частинок досліджуваного матеріалу заносять в таблицю 3.

 

Таблиця 3 - Результати розрахунку аеродинамічних показників

Назва матеріалу	Показники
l, мм	hд, мм	hдc, мм	Vкр,м/с	kп, м^-1	S, м^2	mc, кг	k
Озима пшениця
Озиме жито
Овес
Ячмінь
Кукурудза
Цукрові буряки
Суперфосфат
Аміачна селітра
Полова озимої пшениці

7. За даними таблиць 1, 2 і 3 будують діаграми залежності розмірних, масових і аеродинамічних показників частинок від матеріалу. Діаграми (рис. 4), дозволяють зробити порівняльний аналіз аеродинамічних показників досліджуваних сільськогосподарських матеріалів. Програми для розрахунку таблиць 1, 2 і 3 та графічної їх ілюстрації представлені в додатку А. Там же представлені і приклади виконання діаграм (рис. 1Д, 2Д, 3Д, 4Д), які є орієнтовними для кожного із досліджуваних матеріалів.

Vкр,м/с
kп, м^-1
k
S, м^2
m, г
	Озима пшениця	Озиме жито	Овес	Ячмінь	Кукурудза	Цукрові буряки	Супер-фосфат	Аміачна селітра	Полова озимої пшениці

 

Рис. 3. Діаграми залежності аеродинамічних показників від сільськогосподарського матеріалу

8. За результатами виконаної роботи роблять висновки і записують їх в кінці звіту. Звіт завершується підписами студента і викладача:

9. Результати лабораторної роботи по закінченню її оформлення, студент захищає у ведучого викладача. Всі, лабораторні роботи, виконані і захищені згідно із календарним планом є підставою для підсумкової оцінки виконаної роботи і знань студента.

Контрольні питання

1. За якою формулою визначають силу аеродинамічного тиску повітря:

_______

А) V_кр = Ö G / (k r_п S). Б) R = k r_п S (V_п – U)². В) k = k_п m / (r_п S).

2. Вкажіть фізичний зміст поняття “критична швидкість”.

А) Процес обтікання частинок матеріалу повітряним потоком.

Б) Рух частинок матеріалу в повітряному потоці під дією сили ваги.

В) Швидкість повітряного потоку при якій спостерігається паріння

частинок матеріалу.

3. Яку розмірність має коефіцієнт парусності?

А) м/с². Б) с^-1. В) м^-1.

4. Від чого залежить значення коефіцієнта аеродинамічного опору частинки матеріалу?

А) Маси частинки та її форми.

Б) Форми, стану поверхні частинки, стану і роду середовища, швидкості руху повітря.

В) Критичної швидкості повітря.

5. Чим вимірюють динамічний тиск повітря в момент паріння частинок матеріалу?

А) Рідинним манометром з трубкою Піто-Прандтля.

Б) Барометром.

В) Мембранним манометром.

6. Що означає вираз - площа “міделєво” перерізу?

А) Це площа поверхні частинки матеріалу.

Б) Це середнє значення площ трьох взаємно перпендикулярних перерізів частинки матеріалу.

В) Це проекція площі перерізу частинки на площину, нормальну до вектору швидкості повітряного потоку.

7. Як визначити площу “міделєво” перерізу частинки матеріалу, що має форму, відмінну від кулі?

____

А) l_сг = ³Ö a b c. Б) S = l_сг². В) S = p d² / 4.

8. За якою формулою визначають критичну швидкість повітря?

___

А) k _п = 9,81 / V_кр. Б) V_кр = 1,28 Ö h_дс. В) k = k_п m / (r_п S).

9. Якщо критична швидкість зерна пшениці рівна 11 м/с, а полови 5 м/с, то якою має бути швидкість повітряного потоку в очистці зернозбирального комбайна, щоби повністю відділити полову від зерна?

А) Більша від критичної швидкості зерна.

Б) Більша від критичної швидкості полови.

В) Більша від критичної швидкості полови але менша від критичної швидкості зерна.

10. Якою масою має бути наважка частинок сільськогосподарського матеріалу для визначення середньої маси частинки матеріалу?

А) 0,025...0,028 кг.

Б) 0,25...0,28 кг.

В) Масою, що рівна половині маси 1000 штук частинок.

11. Чим регулюють швидкість повітряного потоку в повітряному каналі парусного класифікатора.

А) Краном, на вході повітряного каналу.

Б) Зміною швидкості обертання робочого колеса вентилятора.

В) Зміною поперечного перерізу повітряного каналу.

12. Як визначити середнє значення динамічного тиску повітря?

_____ h_д = l sin a g g. Б. h_дс = (h_д1 + h_д2 + h_д3) / 3. В) V_кр = 1,28 Ö h_{дс .}

Якщо кількість правильних відповідей складає 0...3 - оцінка підготовленості студента до виконання лабораторної роботи складає “два”; 4...6 - “три”; 7...9 - “чотири”; 10...12 - “п'ять”.

Додаток

Таблиця 1Д – Програма розрахунку розмірних характеристик частинок сільськогосподарських матеріалів

Матеріал	Розміри частинок, мм	Середні розміри, мм	Середньо-геометри-чний розмір lсг, мм	Плоша "миіделєво" перерізу S, мм^2	Плоша "міделєво" перерізу S, м^2
l і	bі	cі	l	b	c
Озима пшениця	7,80	3,10	2,60	7,80	3,20	2,57	4,00	16,01	0,0000160
7,70	3,20	2,50
7,90	3,30	2,60
Озиме жито	6,80	3,00	2,50	6,80	3,10	2,40	3,70	13,68	0,0000137
6,70	3,10	2,40
6,90	3,20	2,30
Овес	9,90	3,50	2,40	10,17	3,50	2,30	4,34	18,85	0,0000189
9,70	3,60	2,30
10,90	3,40	2,20
Ячмінь	8,80	3,00	2,50	8,80	3,10	2,40	4,03	16,24	0,0000162
8,70	3,10	2,40
8,90	3,20	2,30
Кукурудза	12,30	8,10	4,80	12,83	8,20	4,70	7,91	62,54	0,0000625
12,90	8,20	4,70
13,30	8,30	4,60
Цукрові буряки	4,80	3,90	3,60	4,80	3,87	3,57	4,05	16,36	0,0000164
4,70	3,80	3,50
4,90	3,90	3,60
Суперфосфат	4,80	3,90	3,60	4,97	3,87	3,57	4,09	16,74	0,0000167
5,00	3,80	3,50
5,10	3,90	3,60
Аміачна селітра	3,80	2,90	2,60	3,80	2,87	2,57	3,04	9,21	0,0000092
3,70	2,80	2,50
3,90	2,90	2,60
Полова озимої пшениці	8,80	4,10	1,60	8,80	4,20	1,57	3,87	14,97	0,0000150
8,70	4,20	1,50
8,90	4,30	1,60

 

Таблиця А2 – Програма розрахунку маси частинок сільськогосподарських матеріалів

Матеріал	Маса наважки, кг	Кількість частинок матеріалу	Середня маса частинки, г	Середня маса частинки, кг
Озима пшениця			0,035	0,0000354
Озиме жито			0,033	0,0000326
Овес			0,029	0,0000287
Ячмінь			0,051	0,0000511
Кукурудза			0,209	0,0002088
Цукрові буряки			0,014	0,0000140
Суперфосфат			0,025	0.0000252
Аміачна селітра			0,023	0,0000231
Полова пшениці			0,002	0,0000018

 

Таблиця 3Д - Результати розрахунку аеродинамічних показників частинок сільськогосподарських матеріалів

Матеріал	Відхи-лення рідини в трубці мано-метра l, мм	Дина-мічний тиск повітря hд, Па	Середнє значення дина-мічного тиску повітря hд, Па	Критична швидкість повітря Vкр, м/с	Коефіцієнт парусності kп, 1/м	Площа "міделєво" перерізу частинки S, м^2	Середня маса частинки m, кг	Коефіцієнт аеродинічного опору частинки k
Озима пшениця		73,58	78,5	11,34	0,076	0,0000160	0,0000354	0,141
	83,39
	78,48
Оиме жито		53,96	50,7	9,11	0,118	0,0000137	0,0000326	0,235
	53,96
	44,15
Овес		49,05	45,8	8,66	0,131	0,0000189	0,0000287	0,166
	44,15
	44,15
Ячмінь		53,96	55,6	9,54	0,108	0,0000162	0,0000511	0,282
	53,96
	58,86
Кукурудза		103,01	106,3	13,20	0,056	0,0000625	0,0002088	0,157
	112,82
	103,01
Цукрові буряки		29,43	32,7	7,32	0,183	0,0000164	0,0000140	0,130
	34,34
	34,34
Суперфосфат		58,86	62,1	10,09	0,096	0,0000167	0,0000252	0,121
	63,77
	63,77
Аміачна селітра		39,24	40,9	8,18	0,146	0,0000092	0,0000231	0,306
	44,15
	39,24
Полова пшениці		14,72	18,0	5,43	0,333	0,0000150	0,0000018	0,033
	19,62
	19,62

У відповідні комірки таблиці А1 заносять результати експериментальних вимірювань розмірів частинок сільськогосподарських матеріалів, що досліджуються. Програма автоматично розраховує значення параметрів в стовпцях 5...10, а значення, з комірок стовпця 10, автоматично заносяться у відповідний стовпець таблиці А3. У відповідні комірки таблиці А2 заносять експериментальні дані з визначення маси та кількості частинок, а дані стовпця 5 заносяться у таблицю А3.

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №7

«Дослідження механіко-технологічних властивостей добрив»

Мета роботи

Закріпити та поглибити теоретичні знання з механіко-технологічних властивостей сільськогосподарських культур та навчитись визначати експериментальним та розрахунковим шляхом властивості мінеральних та органічних добрив.

Зміст роботи

Дослідити вплив вологості на об’ємну масу та фрикційні властивості твердих мінеральних добрив, вплив об’ємної маси твердих органічних добрив на їх опір розриву та вологості на коефіцієнт тертя.