vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2018-2-58-63vguit-1801Research ArticleПроцессы и аппараты пищевых производствProcesses and equipment for food industryМодель слоистого течения вязкопластичной Бингамовской жидкости в канале экструдераModel of layered flow of viscous-plastic Bingham fluid in the extruder channelГукасянА. В.GukasyanA. V.

к.т.н., зав. кафедрой, кафедра технологического оборудования и систем жизнеобеспечения, ул. Московская, 2, Краснодар, 350072, Россия

Cand. Sci. (Engin.), associate professor, Technological Equipment and Life Support Systems Department, Krasnodar, Moskovskaya 2, 350072, Russia

Aleksandr_Gukasyan@mail.ruКубанский государственный технологический университетРоссияKuban state technological universityRussian Federation2018310520188025863Copyright © Гукасян А.В., 20182018Гукасян А.В.Gukasyan A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/1801

Проведен анализ и установлено наличие зоны поршневого течения, оказывающей значительное влияние как на процесс экструдирования, так и на определение расходно-напорных характеристик шнека. Отмечено, что эффективная вязкость имеет физический смысл, если указывается скорость сдвига, которой она соответствует. Эффективная вязкость рассматривается как состоящая из двух компонентов: пластической вязкости, соответствующей вязкости ньютоновской жидкости, и структурной вязкости, которая характеризует сопротивление сдвигу, вызываемое тенденцией содержащихся в бингамовской жидкости твердых частиц образовывать структуру. Эффективную вязкость вводят во многие уравнения гидродинамики, если известна скорость сдвига, которой она соответствует. В канале шнека присутствуют зоны вынужденного потока, создаваемого динамическим напряжением сдвига, и обратного потока, создаваемого избыточным давлением сопротивления головки. Скорость сдвига в канале шнека отличается значительной неоднородностью и определяет сложный характер деформации сдвига материала в процессе экструдирования. Вне зависимости от амплитуды давления, жесткое ядро полностью исчезнуть не может, ибо при очень малых габаритах ядра значение давления должно быть весьма большим, а при исчезновении пластичного течения должно стать бесконечным. Таким образом, зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига для течения бингамовской вязкопластичной жидкости всегда нелинейная при любых значениях скорости сдвига. Важным элементом расчета расходно-напорных характеристик процесса экструдирования является локализация пластичного течения в канале шнека. В результате проведенного анализа модели слоистого течения вязкопластичной бингамовской жидкости в канале экструдера установлено наличие зоны поршневого течения, оказывающей значительное влияние как на процесс экструдирования, так и на определение расходно-напорных характеристик шнека.

The analysis is carried out and the presence of a zone of a piston flow, which has a significant influence both on the process of extrusion, and on the determination of the discharge-pressure characteristics of the screw, is established. It is noted that the effective viscosity has a physical meaning if the shear rate to which it corresponds is indicated. The effective viscosity is considered to consist of two components: the plastic viscosity corresponding to the viscosity of the Newtonian fluid and the structural viscosity that characterizes the shear resistance caused by the tendency of the solid particles contained in the Bingham liquid to form a structure. The effective viscosity is introduced into many hydrodynamic equations if the shear rate to which it corresponds is known. In the auger channel there are zones of forced flow created by the dynamic shear stress and the reverse flow of the head resistance created by the overpressure. The shear rate in the auger channel is marked by considerable heterogeneity and determines the complex nature of the shear deformation of the material during extrusion. Regardless of the pressure amplitude, the rigid core can not completely disappear, because for very small dimensions of the nucleus the pressure value must be very large, and with the disappearance of the plastic flow it must become infinite. Thus, the dependence of the shear stress on the shear rate for the flow of a Bingham viscoplastic fluid is always nonlinear for any values of the shear rate. An important element in the calculation of the discharge-pressure characteristics of the extrusion process is the localization of the plastic flow in the screw channel. As a result of the analysis of the model of the layered flow of viscoplastic Bingham liquid in the extruder channel, it is established that there is a zone of piston flow that exerts a significant influence both on the process of extrusion and on the determination of the discharge and pressure characteristics of the screw.

Бингамовская жидкостьреологияэкструдерэффективная вязкостьBingham liquidrheologyextrudereffective viscosityReferencesЗаславец А.А., Схаляхов А.А., Кошевой Е.П., Косачев В.С. и др. Гидравлика реверсивного течения внутри мембраны контактора // Новые технологии. 2013. № 2. С. 91–94.Zaslavets A.A., Shalyakhov A.A., Koshevoi E.P., Kosachev V.S. Hydraulic of the reverse flow inside the contactor membrane. Novye tekhnologii [New technologies] 2013.no. 2. pp. 91-94. (in Russian)Косачев В.С. Повышение эффективности рафинации масел в мыльно-щелочной среде на основе изучения физико-химических особенностей процесса: Автореф. дис. канд. техн. наук. Краснодар: Краснодарский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт, 1985. 28 с.Kosachev V.S. Povyshenie effektivnosti rafinatsii masel v my’no-shchelochnoi srede [Improving the efficiency of oil refining in the soap-alkaline environment on the basis of studying the physico-chemical features of the process] Krasnodar, Krasnodar Order of the Red Banner of Labor, Polytechnic Institute, 1985. 28 pp. (in Russian)Косачев В.С. Теоретические и практические основы осложненной поверхностно-активными веществами массопередачи в процессе рафинации масел: Автореф. дис… д-ра техн. наук. Краснодар: Кубанский государственный технологический университет, 1998. 48 с.Kosachev V.S. Teoreticheskie I prakticheskie osnovy oslozhnennoi PAV massoperedachi [Theoretical and practical foundations of mass transfer complicated by surface-active substances in the process of oil refining] Krasnodar, Kuban State Technological University, 1998. 48 p. (in Russian)Меретуков З.А., Заславец А.А., Кошевой Е.П., Косачев В.С. Методы решения дифференциальных уравнений гидродинамики // Новые технологии. 2012. № 1. С. 36–41.4 Meretukov Z.A., Zaslavets A.A., Koshevoi E.P., Kosachev V.S. Methods for solving differential equations of hydrodynamics. Novye tekhnologii [New technologies]. 2012. no 1. pp. 36-41. (in Russian)Меретуков З.А., Косачев В.С., Кошевой Е.П. Решение задачи нелинейной напоропроводности при отжиме // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2011. № 5–6 (323–324). С. 62–64.Meretukov Z.A., Kosachev V.S., Koshevoi E.P. Solution of the problem of non-linear porosity during spinning. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. [News of universities. Food technology] 2011. no. 5-6 (323-324). pp. 62-64. (in Russian)Подгорный С.А., Косачев В.С., Кошевой Е.П., Схаляхов А.А. Влажностно-температурные кинетические зависимости при сушке // Новые технологии. 2014. № 1. С. 43–47.Podgorny S.A., Kosachev V.S., Koshevoi E.P., Shalyakhov A.A. Moisture-temperature kinetic dependencies during drying. Novye tekhnologii [New technologies]. 2014. no. 1. pp. 43-47. (in Russian)Bingham Medalists. The Society of Rheology. URL: http://www.rheology.org.Bingham Medalists. The Society of Rheology. Available at: http://www.rheology.org.Подгорный С.А., Кошевой Е.П., Косачев B.C., Зверев С.В. Статистическая оценка кластерной модели гигроскопичности зерна // Хранение и переработка сельхозсырья. 2011. № 6. С. 11–14.Podgorny S.A., Koshevoi E.P., Kosachev V.S., Zverev S.V. Statistical estimation of the cluster model of grain hygroscopicity. Khranenie I pererabotka sel’khozsyr’ya [Storage and processing of agricultural raw materials] 2011.no. 6. pp. 11-14. (in Russian)Подгорный С.А., Кошевой Е.П., Косачев В.С., Схаляхов А.А. Постановка задачи описания переноса тепла, массы и давления при сушке // Новые технологии. 2014. № 3. С. 20–27.Podgorny S.A., Koshevoi E.P., Kosachev V.S., Shalyakhov A.A, Statement of the task of describing heat transfer, mass and pressure during drying Novye tekhnologii [New technologies] 2014.no. 3. pp. 20-27. (in Russian)Подгорный С.А., Меретуков З.А., Кошевой Е.П., Косачев В.С. Метод конечных элементов в решении задач теплопроводности // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2013. № 2 (56). С. 10–15.Podgorny S.A., Meretukov Z.A., Koshevoi E.P., Kosachev V.S. Finite element method in solving heat conduction problems. Vestnik VGUIT [Proceedings of Voronezh State University of Engineering Technologies] 2013. no. 2 (56). pp. 10-15. (in Russian)Схаляхов А.А., Верещагин А.Г., Косачев В.С., Кошевой Е.П. Разработка модели конденсации парогазовых смесей с полимерными половолоконными мембранами // Новые технологии. 2009. № 1. С. 39–43.Shalyakhov A.A., Vereshchagin A.G., Kosachev V.S., Koshevoi E.P. Development of a condensation model for vapor-gas mixtures with polymeric hollow fiber membranes. Novye tekhnologii [New technologies]. 2009. no. 1. pp. 39-43. (in Russian)Gukasyan A.V. Identification of rheological dependencies of oil material processed in a screw press. //International Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2017. V. 8. № 10. P. 708–718.Gukasyan A.V. Identification of rheological dependencies of oil material processed in a screw press. International Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2017. vol. 8. no. 10. pp. 708–718.Гукасян А.В. Анализ факторов процесса отжима растительного масла в шнековом прессе // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2017. № 4 (358). С. 64–68.Gukasyan A.V. Analysis of factors of the process of pressing vegetable oil in a screw press. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. [News of universities. Food technology] 2017. no. 4 (358). pp. 64-68. (in Russian)Карманова О.В., Муромцев Д.Н., Пичхидзе С.Я. Влияние параметров смешения на реологические и внешневидовые характеристики резиновых смесей нефор-мовых профилей // Вестник ВГУИТ. 2014. №3. С. 118-121.Karmanova O.V., Muromtsev D.N., Pichkhidze S.I. Influence of mixing parameters on the rheological and surface appearance characteristics of rubber compounds unshaped profiles. Vestnik VGUIT [Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies]. 2014. no. 3. pp. 118-121. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.