تأثير النبض العکسي على معدل تدفق مجروش حبوب الذرة من الخزانات

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 أستاذ مساعد بقسم الهندسة الزراعية - کلية الزراعة - جامعة المنصورة - مصر.

2 رئيس بحوث بقسم بحوث نظم الهندسة الحيوية الزراعية - معهد بحوث الهندسة الزراعية - مرکز البحوث الزراعية - مصر.

3 طالبة دراسات عليا بقسم الهندسة الزراعية - کلية الزراعة - جامعة المنصورة - مصر.

4 أستاذ بقسم الهندسة الزراعية - کلية الزراعة - جامعة المنصورة - مصر.

المستخلص

من أهم المشکلات التي تواجه حرکة الحبوب والأعلاف داخل الخزانات بطء التصرف وتوقفه الناتج عن عدم إضافة وسيلة لخلخلة الحبوب والأعلاف داخل أو خارج الخزان خاصة في حالة تطبيق نظام السريان النفقي. لذا يهدف هذا البحث إلى إضافة وسيلة داخل الخزانات تعمل على سرعة تدفق الحبوب أو الأعلاف. ولتحقيق هذا الهدف تم تصميم قادوس بنظام السريان النفقي ذو زاوية ميل مع السطح الأفقي للخزان 30°. وتم إضافة إطار هوائي مرن في نهاية الخزان وأعلى القادوس. يتم ملء الإطار الهوائي المرن وتفريغه من الهواء في دورات مستمرة من الانقباض والتمدد مما يتسبب في نبضة عکسية تجبر المواد على التحرک نحو مخرج القادوس. وقد تمت التجارب على مجروش ذرة (متوسط أقطاره 1-4 مم). وخلال التجارب تم التحکم في ضغط الهواء المضغوط بواسطة مقياس ضغط. کما يتم التحکم في وقت ملء وتفريغ الهواء بواسطة ضبط الکود الإلکتروني باستخدام وحدة(Arduino Uno). وقد اشتملت مستويات المتغيرات المدروسة على: قطر فتحات الخروج (40، 45 و50 مم)؛ الضغط داخل إلى غرفة الهواء المطاطية (2,0، 2,5 و3,0 بار)، ونسب أوقات الملء والتفريغ (0,5، 0,6 و0,7) وذلک عند عدد ست دورات نبضيه (1,0، 2,0، 3,0، 4,0، 5,0 و6,0). أوضحت النتائج أن أعلى کفاءة تصرف تم الحصول عليها کانت 75,05٪. باستخدام فتحة قطرها 40 مم، وضغط الهواء 2,5 بار، ووقت دخول/خروج الهواء 6,0/12,0 ثانية؛ 78,85٪ ؛ باستخدام فتحة قطرها 45 مم، وضغط الهواء 2,0 بار، ووقت دخول/خروج الهواء 10,0/20,0 ثانية؛ 70,84٪ ؛ باستخدام فتحة قطرها 50 مم، وضغط الهواء 2,0 بار، ووقت دخول/خروج الهواء 5,0/10,0 ثانية.

الكلمات الرئيسية

الموضوعات الرئيسية


Ayuga, F.; M. Guaita and P. Aguado (2001). Discharge and the eccentricity of the hopper influence on the silo wall pressures. J. Eng. Mech., 127, 1067 - 1074. 
Cheng, Y.M.; K.T. Chau; L.J. Xiao and N. Li (2010). Flow pattern for a silo with two layers of materials with single or double openings. J. Geotech. Geoenvironmental Eng., 136, 1278 - 1286.
Chou, C.S.; J.Y. Hsu and Y.D. Lau (2002). The granular flow in a two-dimensional flat-bottomed hopper with eccentric discharge. Phys. A Stat. Mech. Appl., 308, 46 - 58.
Fawal, Y.A.; N.K. Ismail and E.H. Mousa (2008). Some physical and engineering properties of sugar beet seeds in relation with some agricultural mechanical. J. Agric Sci. Mansoura Univ., 33(1): 273-282.
Fullard, L.A.; A.J.R. Godfrey; M.F. Manaf; C.E. Davies; A. Cliff and M. Fukuoka (2020). Mixing experiments in 3D-printed silos; the role of wall friction and flow correcting inserts. Advanced Powder Technology, 31, 1915 - 1923.
Gandia, R.M.; E.A.D.O. Júnior; F.C. Gomes; W.C.D. Paula and K.C. Dornelas (2021). Experimental pressures exerted by maize in slender cylindrical silo: Comparison with Iso 11697. Engenharia Agrícola, 41 (6): 576 - 590.
Grudzień, K.; Z. Chaniecki and L. Babout (2018). Study of granular flow in silo based on electrical capacitance tomography and optical imaging. Flow Meas., Instrum, 62, 186 - 195.
Guo, C.; M. Ya; Y. Xu and J. Zheng (2021). Comparison on discharge characteristics of conical and hyperbolic hoppers based on finite element method. Powder Technology, 394, 300 - 311.
Haertl, J.; J. Ooi; J. Rotter; M. Wojcik; S. Ding and G.G. Enstad (2008). The influence of a cone-in-cone insert on flow pattern and wall pressure in a full-scale silo. Chem. Eng. Res. Des., 86 (4): 370 – 378.
Huang, X.; Q. Zheng; A. Yu and W. Yan (2020). Shape optimization of conical hoppers to increase mass discharging rate. Powder Technology, 361, 179 – 189.
Huang, X.; Q. Zheng; A. Yu and W. Yan (2022). A design method of hopper shape optimization with improved mass flow pattern and reduced particle segregation. Chemical Engineering Science, 253, 1 – 15.
Ismail, N. K.; O. A. Fouda; M. C. Ahmad and M. M. Mousa (2017). Influence of knives wear phenomena on hammer mill productivity and product quality. J. Soil Sci. and Agric. Eng., Mansoura Univ., Vol. 8 (7): 347 - 353.
Ismail, Z.E. (2004). The first report of project “Developing the metering unit of the pneumatic planter’. 1- The factors affecting seed-metering unite performance. J. Agric. Sci. Mansoura Univ. 33(9): 6511 – 6525.
Ismail, Z.E. and M.A. Hemeda (1992). Expected profile shape of corn furrow ridge as affected by the operation condition. Misr. J. Ag., 9(3): 450 – 462.
Jenike, A.W. (1961). Gravity flow of bulk solids. University of Utah, Salt Lake City. 52 (29): pp. 1– 309.
Ketterhagen, W.R.; J.S. Curtis; C.R. Wassgren and B.C. Hancock (2009). Predicting the flow mode from hoppers using the discret.e element method. Powder Technology, 195, 1 – 10.
Kobyłka, R.; M. Molenda and J. Horabik (2019). Loads on grain silo insert discs, cones, and cylinders: Experiment and DEM analysis. Powder Technology, 343, 521 – 532.
Liu, H.; F. Jia; Y. Xiao; Y. Han; G. Li; A. Li and S. Bai (2019). Numerical analysis of the effect of the contraction rate of the curved hopper on flow characteristics of the silo discharge. Powder Technology, 356, 858 – 870. 
Matouk, A.M.; S.M. Radwan; M.M. El-Kholy and T.R. Ewies (2004). Determination of grains density and porosity for some cereal crops. Misr J. Agric. Eng. 21 (3): 623 – 641.
Maynard, E.P. (2004). Practical solutions for solving bulk solids flow problems. IEEE-IAS/PCA Cement Industry Technical Conference, 139 – 147.
Medina, A.; D. Cabrera; A. López-Villa and M. Pliego (2014). Discharge rates of dry granular material from bins with lateral exit holes. Powder Technology, 253, 270 – 275.
Ogden, C.A. and K.E. Ilelej (2021). Physical characteristics of ground switchgrass related to bulk solids flow. Powder Technology, 385, 386 – 395.
Pascot, A.; J.Y. Morel; S. Antonyuk;, M. Jenny , Y. Cheny and S.K. De Richter (2022). ischarge of vibrated granular silo: A grain scale approach. Powder Technology, 397, 1-11.   
Rabinovich, E.; H. Kalman and P.F. Peterson (2021-a). Granular material flow regime map for planar silos and hoppers. Powder Technology, 377, 597 – 606.
Rabinovich, E.; H. Kalman and P.F. Peterson (2021-b). Parametric study and design procedure for planar silos and hoppers. Powder Technology, 388, 333 – 342.
Rycroft, C.H.; G.S. Grest and J.W. Landry (2006). Analysis of granular flow in a pebble-bed nuclear reactor. Phys. Rev. E 74, 1-16. 
Sadowski, A.J. and J.M. Rotter (2011). Buckling of very slender met.al silos under eccentric discharge. Eng. Struct., 33, 1187–1194.
Saleh, K.; S. Golshan and R. Zarghami (2018). A review on gravity flow of free-flowing granular solids in silos – basics and practical aspects. Chem. Eng. Sci., 192, 1011 – 1035.
Sielamowicz, I.; M. Czech and T.A. Kowalewski (2010). Empirical description of flow parameters in eccentric flow inside a silo model. Powder Technology, 198, 381 – 394.
Sun,  D.; H. Lu; J. Cao; Y. Wu; X. Guo and X. Gong (2020). Flow mechanisms and solid flow rate prediction of powders discharged from hoppers with an insert. Powder Technology, 367, 277 – 284.
Tang, H.; C. Xu; Y. Jiang; J. Wang; Z. Wang and L. Tian (2021). Evaluation of physical characteristics of typical maize seeds in a cold area of north china based on principal component analysis. Processes, 9, 1 – 16.
Tang, J.; H. Lu; X. Guo and H. Liu (2022). Discharge characteristics of non-gravity-driven powder in horizontal silos. Powder Technology, 400, 1-9.
Wassgren, C. R. (2002).Effects of vertical vibration on hopper flows of granular material. Physics of Fluids. 14 (10): 3439–3448.
Weinhart, T.; C. Labra; S. Luding and J.Y. Ooi (2016). Influence of coarse-graining parameters on the analysis of DEM simulations of silo flow. Powder Technology, 293, 138 – 148. 
Wójcik, M.; J. Tejchman and G.G. Enstad (2012). Confined granular flow in silos with inserts-full-scale experiments. Powder Technology. 222, 15 – 36. 
Yu, Y. and H. Saxén (2011). Discrete element method simulation of properties of a 3D conical hopper with mono-sized spheres. Adv. Powder Technology, 22, 324 – 331. 
Zaki, M. and M.S. Siraj (2019). Study of a flat-bottomed cylindrical silo with different orifice shapes. Powder Technology, 354, 641 – 652.
Zhang, C.; C. Qiu; C. Pu; X. Fan and P. Cao (2018). The mechanism of vibrations-aided gravitational flow with overhanging style in hopper. Powder Technology, 327, 291 – 302.
Zhang, D.; S. Dong; H. Guo; X. Yang; L. Cui and X. Liu (2022). Flow behavior of granular material during funnel and mixed flow discharges: A comparative analysis. Powder Technology, 396, 127-138.
Zhou, Y.; P. Y. Lagrée; S. Popinet; P. Ruyer and P. Aussillous (2017). Experiments on, and discrete and continuum simulations of, the discharge of granular media from silos with a lateral orifice. J. Fluid Mech. 829, 459 – 485.