Szemcsés halmazok szegregációs vizsgálatai diszkrételemes módszerrel és laboratóriumi méréssel
Napjainkban több iparág (pl. mezőgazdaság, élelmiszeripar, gyógyszeripar, építőipar) is foglalkozik granulátumok kezelésével, illetve feldolgozásával, mely folyamatok során a szegregáció jelentős mértékben csökkenti ezek hatásfokát, ezért az ezen folyamatok kiváltó okainak ismerete igen fontos. Már számos kutató foglalkozott ezzel a jelenséggel a korábbiakban. Fontos kutatást végzett Horabik és Molenda (2016), melyben számos, a mezőgazdaságban előforduló szemes termény mikromechanikai tulajdonságait foglalták össze [1]. Továbbá több kutatás történt mind a rezgetés, mind a hengerdobos keverés területén, melyek mind kiváló kiindulási alapot biztosítottak számunkra [2].
A dolgozat témája a mezőgazdaságban megtalálható szemcsés anyagok, esetünkben egy repce és kukoricaszemekből álló kevert halmaz rázás és forgó mozgás hatására kialakuló áramlások és szegregációs jelenségek vizsgálata, illetve ezen jelenségek modellezése diszkrételemes módszerrel (DEM). A kutatás egyik célja a valósághoz közelítő modell megalkotása Yade DEM szimulációs környezetben. Ennek a közelítő modellnek a megléte a szemcsés közeg vizsgálatát könnyíti meg, illetve későbbi továbbfejlesztésre, pontosításra alkalmas. Fontosabb újítás a szimulációk során a szemalak minél pontosabb közelítése céljából a clump-ok használata volt, mivel korábbi kutatások során a szemcsék helyettesítésére jellemzően gömböket alkalmaztak. Ilyen clump elemek alkalmazásával a halmazt alkotó szemcsék formáját jobban tudjuk közelíteni, így akár a valóságossal jobban megegyező eredményeket tudunk elérni, amelyet a laboratóriumi mérésekkel tudunk validálni.
A laboratóriumi mérések kétféleképpen történnek. Egyik esetben a szemcsés anyaghalmazt egy négyzetes alapú hasáb dobozban rezgetjük vízszintesen, ebben az esetben fontos paramétereknek tekinthetőek a rezgetés frekvenciája és amplitúdója. A mérések egy másik csoportját képezik a keverő hengerdobban történő vizsgálatok, melyben a keverés szögsebessége játszik nagy szerepet a kialakuló mozgásokban. Emellett általánosságban fontos befolyásoló tényezők a szemcsés anyaghalmazt alkotó elemek alakján túl azok anyagi tulajdonságai, mint például a súrlódási tényező, illetve a Young modulus.
A kutatásunkban elért eredmények azt mutatták, hogy a szimulációs program beállításai jól közelítették a laboratóriumi méréseket. Kísérleteinkből levonhatjuk azt a következtetést, hogy a szegregáció létrejöttére jelentős hatással van a rezgetés amplitúdó nagysága, melynek 1-5 mm-es intervallumon történő növelésével is számottevő változásokat figyelhettünk meg. A keverődobos szimulációk során Lee és társai (2013) által végzett kutatásban használt Froud szám alapján becsült fordulatszámok [3] mellett visszakaptuk a keverés során fordulatszám függvényében kialakuló áramlási fajtákat.
Irodalom:
[1] Horabik, J., & Molenda, M. (2016). Parameters and contact models for DEM simulations of agricultural granular materials: A review. Biosystems Engineering, 147, 206-225.
[2] Majid, M., & Walzel, P. (2009). Convection and segregation in vertically vibrated granular beds. Powder Technology, 192(3), 311-317.
[3] Lee, C. F., Chou, H. T., & Capart, H. (2013). Granular segregation in narrow rotational drums with different wall roughness: Symmetrical and asymmetrical patterns. Powder technology, 233, 103-115.
szerző
-
Kelemen Balázs
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Dr. Tamás Kornél
egyetemi docens, Gép- és Terméktervezés Tanszék -
Dr. Farkas Zsolt
Egyetemi adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék
