Розроблено наукові засади створення математичних моделей деформаційних, температурних і масообмінних процесів переробки харчових дисперсних матеріалів, що забезпечило ефективне теоретичне дослідження взаємозв'язку між конструктивними параметрами обладнання, структурно-механічними властивостями сировини та технологічними показниками її переробки з метою визначення їх раціональних значень. Сформульовано крайову задачу механіки дисперсних волого насичених харчових матеріалів у режимі пружно-в'язко-пластичного деформування твердої фази з урахуванням скінченних переміщень та ефектів термомеханічної зв'язаності. Розроблено математичну модель термомеханічного стану дисперсних систем у нерівноважних процесах харчових виробництв у реальному часовому вимірюванні, яка враховує конкретні конструктивно-технологічні параметри обладнання, структурно-механічні та реологічні властивості сировини. Розроблено наукові основи створення інформаційних технологій проектування процесів та обладнання з переробки дисперсних харчових матеріалів.

  Скачати повний текст

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальних проблем дослідження закономірностей процесу мембранного розділення рідких дисперсних систем з врахуванням структурно-механічних параметрів керамічних фільтрувальних елементів та ущільнення шару осаду, що виникає на їх поверхні. Розроблено метод теоретичного дослідження процесу мембранного фільтрування з врахуванням структурно-механічних параметрів фільтрувальних керамічних мембран та шару осаду, що виникає на її поверхні. Розроблена математична модель ультрафільтрації з використанням керамічних фільтрувальних елементів, яка базується на представленні фільтрувального елементу у вигляді пористого вологонасиченого каркасу разом із шаром осаду, який описується із використанням моделі континуально-дискретного дисперсного матеріалу. Досліджено вплив деформування керамічного мембранного елемента на кінетику ультрафільтрації рідких дисперсних систем, зміну пористості, проникності та критичного зниження продуктивності обладнання, механізм блокування прохідного перетину пори за рахунок деформування шару осаду. Виявлено, що внаслідок дії експлуатаційного навантаження основним фактором при зниженні продуктивності обладнання є ущільнення шару осаду. Отримані числові значення зміни пористості, коефіцієнтів проникності мембрани та шару осаду, а також час перекриття пор мембрани часточками осаду. Порівняння результатів розрахунків з даними фізичного експерименту свідчать про високу точність розробленого методу. Отримані результати досліджень впроваджені у виробництво та навчальний процес Національного університету харчових технологій.^UThe dissertation is devoted to the solution of urgent problems of investigation the regularities of the process of membrane separation of disperse systems, taking into account the structural and mechanical parameters of ceramic filter elements and the compaction of the sediment layer that occurs on their surface. Based on the analysis of the scientific literature and our own experimental studies it was found, that none of the theoretical models takes into account the deformation of ceramic filter elements during the ultrafiltration process which, together with the formation of a sedimentary layer, affects the characteristics of the membrane itself and the process parameters. The experimentally obtained numerical values and graphical dependences of the decrease in ultrafiltration productivity and the flow rate of the washing solution during the washing of the ceramic element on the duration of the process. A method has been developed for theoretical research of the process of membrane separation of liquid dispersion systems. A mathematical model of ultrafiltration with using ceramic filter elements has been developed, taking into account into account the structural and mechanical parameters of the membrane element and the sediment layer, patterns of change of their permeability coefficient. The design scheme of the ultrafiltration process based on the representation of the filter element in the form of porous moisture-proof framework containing a liquid dispersion system is developed. Such a continuum approach makes it possible to take into account the time variation of the sediment permeability coefficient under the action of operational load. The mechanism of overlapping the passage section of the pore due to the elastic-plastic deformation of the sediment layer is investigated. For this, on the basis of Slichter's theory, model of deformable porous continuous-discrete dispersed material is developed, that effectively reflects the nature of the porous structure change of the filtering medium. The developed algorithms are used as the basis of the created digital model PLAST-GiD. The main result of the simulation is the determination of dependencies of the decrease in the productivity of ultrafiltration equipment on changes in the permeability coefficient and compaction of the sediment layer, as well as numerical values of the permeability coefficient and changes in the diameter of its particles. The porosity of the membrane element varies from 0,51 to 0,46, and the permeability coefficient varies from 1.1 to 0.9 m3/(m2∙s∙Pa). The theoretical time to complete blocking of pores was 1595 s, and during physical experiment it was about 1600 s. The adequacy of the developed mathematical description by Fisher's criterion is proved. The results of the carried out scientific researchers are put into production: at the processing enterprise of Company Limited “Solomensky MZP” and also introduced into the educational process of the National University of Food Technologies.

Дисертація присвячена розробленню методів дослідження закономірностей процесів формоутворення деталей обладнання харчових виробництв з порошкових та пористих матеріалів. Метою роботи є наукове обґрунтування ресурсозберігаючих технологій виготовлення конструктивних елементів обладнання харчових виробництв з використанням методів математичного моделювання процесів деформування дисперсних матеріалів. У першому розділі роботи була проведена класифікація деталей машин і апаратів харчових виробництв, встановлені умови та особливості їх експлуатації. Обґрунтована доцільність застосування ресурсозберігаючих технологій, до числа яких відносяться методи порошкової металургії, запропонований ряд типових деталей, що доцільно отримувати цими методами. Проведений аналіз методів моделювання процесів деформування порошкових і пористих середовищ та існуючих програмних систем, що дозволило обґрунтувати основні напрями досліджень. У другому розділі розроблена математична модель процесів формоутворення структурно-неоднорідних пористих матеріалів. Проведено наукове обґрунтування вибору моделі пластичного деформування порошкових матеріалів. На основі узагальненої моделі пластичного деформування порошкових і пористих матеріалів та методу скінчених елементів розроблено методику визначення раціональних конструктивно-технологічних параметрів ресурсозберігаючих технологій виготовлення деталей обладнання харчових виробництв. Порівняння результатів обчислень з результатами, отриманими іншими авторами, підтвердило адекватність розробленої методики моделювання.У третьому розділі проведені дослідження процесів одержання деталей конструкційного призначення машин і апаратів харчових виробництв з пористих спечених заготовок. Розглянуті процеси отримання втулок циліндричної форми методом штампування, штампування деталей, що мають внутрішню конусоподібну поверхню та процеси отримання втулок із внутрішнім фланцем методом радіального видавлювання, а також процес зворотного видавлювання. Встановлено, що: - наявність радіальної течії при штампуванні виробів типу "втулка" призводить до підвищення рівня накопичених пластичних деформацій матеріалу; - при штампуванні біметалевих заготовок, що мають внутрішню конусоподібну поверхню, уникнути явища видавлювання менш міцного шару з під більш міцного можна за рахунок відмінності початкових пористостей шарів;- на заключному етапі радіального видавлювання втулки із внутрішнім фланцем розподіл щільності за об`ємом виробу вирівнюється, при цьому розподіл величини накопиченої пластичної деформації істотно нерівномірний; - при зворотному видавлюванні наявність недосконалих контактів у матеріалі пористих заготовок призводить до появи зон розущільнення порошкового матеріалу та зменшення величини накопиченої пластичної деформації в цих зонах. Моделювання процесів одержання фільтруючих елементів для технологічного обладнання спиртового виробництва проведено в четвертому розділі. Розглянуті процеси пресування фільтруючих елементів циліндричної форми та фільтруючих елементів складної форми у вигляді колби. Встановлено, що: - розподіл величини пористості при радіально-ізостатичному пресуванні порошкового фільтруючого елемента циліндричної форми нерівномірний, зі збільшенням радіуса величина пористості зростає; - при виготовленні багатошарових фільтруючих елементів доцільно застосовувати схему ущільнення на оправку, а не на матрицю; - величина пористості при пресуванні порошкових фільтрів у вигляді колби розподілена за об`ємом виробу нерівномірно, її розподіл залежить від схеми ущільнення - застосування комбінованої схеми дозволяє отримати більш рівномірний розподіл пористості. П'ятий розділ присвячений результатам практичного застосування дисертаційної роботи. Результати комп'ютерного моделювання і встановлені закономірності деформування порошків і пористих матеріалів були використані при одержанні багатошарових фільтрів та тонкостінних втулок. Основні результати роботи впроваджено у виробництво на Луцькому МПД ДП «Укрспирт» (м. Луцьк) для очищення технічних рідин від механічних забруднень та на підприємстві ТОВ “ГРАНТЕХ ІНЖИНІРИНГ”. Ключові слова: деталі машин і апаратів, ресурсозберігаючі технології, порошкова металургія, дисперсні системи, порошкові матеріали, пористі заготовки, пластичність, метод скінчених елементів, пресування, штампування, видавлювання, фільтруючі елементи^UThe dissertation is devoted to the resource - saving technologies designing methods development of manufacturing parts of food production equipment. The aim of the work is scientific substantiation of manufacturing technologies for food productions equipment structural elements by the mathematical modeling methods for dispersed materials deformation processes using. In the work first section the classification of machines parts and devices of food production was carried out, the conditions and features of their exploitation were established. The expediency of using resource-saving technologies, which include methods of powder metallurgy, is justified. A number of typical details that it is expedient to receive by these methods are offered. The analysis of methods of modeling of processes of deformation of powder and porous materials and existing software systems is carried out. The main tasks of the research are defined.In the second section the formation processes mathematical model of structurally inhomogeneous porous materials is developed. The scientific substantiation of the powder materials plastic deformation model selection is carried out. On the basis of the powder and porous materials plastic deformation generalized model and the finite elements method, the definition of technique for rational constructive-technological parameters resource-saving manufacturing technologies of food production equipment parts is developed. Comparison of the calculation results with the results obtained by other authors confirmed the adequacy of the developed modeling methodology. In the third section researches of processes of reception of details of a design purpose of machines and apparatus of food manufactures from porous sintered preparations are carried out. The processes of obtaining cylindrical bushings by the method of stamping, stamping of parts having an inner conical surface and the processes of obtaining bushings with an inner flange by the method of radial extrusion are considered. It is established that: - the presence of radial material flow during stamping of products “bushing” type leads to the increasing of the level of accumulated material plastic deformations; - when stamping bimetallic blanks having an inner conical surface, the phenomenon of extrusion of a less strong layer from under a stronger layer can be avoided due to the difference in the initial porosity of the layers; - at the final stage of radial extrusion of the bushing with an internal flange distribution of density on volume of a product is equalized, thus distribution of value of the saved plastic deformation is essentially uneven; - during back-extrusion, the presence of imperfect contacts in the material of porous blanks leads to the appearance of loosening zones of the powder material and a decrease in the value of accumulated plastic deformation in these zones. The modeling of processes of obtaining filter elements for technological equipment of alcohol production is carried out in the fourth section. The pressing processes of filter elements of cylindrical shape and filter elements of complex shape in the form of a flask are considered. It is established that: - the distribution of the porosity value during radial-isostatic pressing of the powder filter element of cylindrical shape is uneven, with increasing radius the porosity value increases; - in the manufacture of multilayer filter elements, it is advisable to apply the consolidation scheme on the mandrel, and not on the matrix; - the value of porosity at pressing of powder filters in the form of a flask is distributed on volume of a product unevenly, its distribution depends on the consolidation scheme, application of the combined scheme allows to receive more uniform distribution of porosity. The fifth section is devoted to the results of practical application of the work. The results of computer simulation were used to obtain multilayer filters and thin-walled bushings. The main results of the work were implemented in the production at the Lutsk MPD of SE "Ukrspirt" (Lutsk) for cleaning technical fluids from mechanical contamination and at the enterprise "GRANTECH ENGINEERING". Keywords: parts of machines and apparatus, resource-saving technologies, powder metallurgy, dispersed systems, powder materials, porous blanks, plasticity, finite element method, pressing, stamping, extrusion, filter elements