vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2024-3-15-23vguit-3496Research ArticleПроцессы и аппараты пищевых производствProcesses and equipment for food industryВычислительный эксперимент в создании системы виртуального проектирования барабанных сушилок с тепловым насосомComputational experiment in creating a virtual design system for drum dryerswith a heat pumphttps://orcid.org/0000-0001-5745-8301ШевцовА. А.ShevtsovA. A.

д.т.н., профессор, кафедра технологии жиров, процессов и аппаратов химических и пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Dr. Sci. (Engin.), professor, fats technology, processes and apparatuses of chemical and food productions department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

shevalol@rambler.ruhttps://orcid.org/0009-0006-9220-7296ТкачВ. В.TkachV. V.

к.т.н., доцент, кафедра 208 общепрофес-сиональных дисциплин, ул. Старых Большевиков, 54а, г. Воронеж

Cand. Sci. (Engin.), associate professor, 208 General professional disciplines department, Old Bolsheviks, 54a, Voronezh, 394064

tkachbalian@ya.ruВоронежский государственный университет инженерных технологийРоссияVoronezh State University of Engineering TechnologiesRussian FederationВоенно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. ГагаринаRussian FederationThe Air Force Academy named after the profes-sor N.E. Zhukovsky and Y. A. GagarinRussian Federation2024020920248631523Copyright © Шевцов А.А., Ткач В.В., 20242024Шевцов А.А., Ткач В.В.Shevtsov A.A., Tkach V.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/3496

Одним из эффективных направлений исследования реальных технологических процессов является создание виртуальных процессов и его составляющих. В работе созданы виртуальные компьютерные модели, устанавливающие связь между математической моделью процесса сушки и моделируемой конструкцией двухсекционной барабанной сушилки, укомплектованной абсорбционном водоаммиачным тепловым насосом. Для имитационного моделирования процесса сушки использована математическая модель на базе дифференциальных уравнений тепломассопереноса А.В. Лыкова, алгоритмическое и программное обеспечение процесса сушки и создана единая виртуальная система, позволяющая в широком диапазоне изменения режимных параметров моделировать процесс сушки злаковых, масличных и зернобобовых культур в барабанной сушилке в режиме реального времени. Для проведения вычислительного эксперимента в одной из CAD систем выполнена трехмерная визуализация барабанной зерносушилки и использована графическая оболочка среды LabVIEW с набором всех инструментов, необходимых для сбора данных, их анализа и представления полученных результатов. 3D – исполнение барабанной сушилки в САПР (системе автоматизированного проектирования) позволила моделировать реальные условия ее эксплуатации, выполнять сравнение альтернативных вариантов и осуществлять выбор наилучших конструкторских решений.

One of the effective areas of research of real technological processes is the creation of virtual processes and its components. In the work, virtual computer models have been created that establish a connection between the mathematical model of the drying process and the simulated design of a two–section drum dryer equipped with an absorption water–ammonia heat pump. To simulate the drying process, a mathematical model based on differential equations of heat and mass transfer A.V. Lykov, algorithmic and software of the drying process were used and a single virtual system was created that allows simulating the drying process of cereals, oilseeds and legumes in a drum dryer in real time over a wide range of regime parameters. To conduct a computational experiment in one of the CAD systems, a three–dimensional visualization of a drum dryer was performed and a graphical shell of the LabVIEW environment was used with a set of all the tools necessary for data collection, analysis and presentation of the results obtained. 3D execution of the drum dryer in CAD (computer–aided design system) made it possible to simulate the real conditions of its operation, compare alternative options and select the best design solutions.

виртуальное исследованиематематическое моделированиекомпьютерное моделированиесушкатепловой насосvirtual researchmathematical modelingcomputer modelingdryingheat pumpReferencesОленников А.А., Цымбал В.П., Сеченов П.А., Чапаев Д.Б. Имитационная модель для исследования процесса сушки в аппаратах кипящего слоя // Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве: cб. докладов V Всероссийской науч. – практ. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных с международным участием. Екатеринбург, 2016. С. 231–235.Olennikov A.A., Tsymbal V.P., Sechenov P.A., Chapaev D.B. Simulation model for studying the drying process in fluidized bed devices. Heat engineering and informatics in education, science and production: collection of reports of the V All-Russian scientific. - practical. conf. students, graduate students and young scientists with international participation. Ekaterinburg, 2016. pp. 231-235. (in Russian).Ткач В.В., Шевцов А.А. Виртуальный испытательный стенд для компьютерного проектирования барабанных сушилок по кинетическим закономерностям процесса сушки // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки.2023. Т. 50. № 1. С. 152–160.Tkach V.V., Shevtsov A.A. Virtual test bench for computer design of drum dryers based on kinetic laws of the drying process. Bulletin of the Dagestan State Technical University. Technical sciences.2023. vol. 50. no. 1. pp. 152-160. (in Russian).Остриков А., Василенко В., Пойманов В. Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Litres, 2023.Ostrikov A., Vasilenko V., Poimanov V. Calculation and design of machines and equipment for food production. Litres, 2023. (in Russian).Юнин В.А., Захаров А.М., Кузнецов Н.Н., Зыков А.В. Процесс сушки измельченного растительного материала в барабанной сушилке. Известия НВ АУК. 2020. Т. 1. № 57. С. 335–349. doi: 10.32786/2071–9485–2020–01–335Yunin V.A., Zakharov A.M., Kuznetsov N.N., Zykov A.V. Drying process of crushed plant material in a drum dryer. Izvestia NV AUK. 2020. Vol. 1. No. 57. Pp. 335–349. doi: 10.32786/2071–9485–2020–01–335 (in Russian).Молчанов А.В., Дьяченко С.В., Шибитова Н.В. Исследование процесса сушки сыпучих материалов в барабанной сушилке // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 10–11. С. 175–176. URL: https://applied–research.ru/ru/article/view id=7415Molchanov A.V., Dyachenko S.V., Shibitova N.V. Study of the drying process of bulk materials in a drum dryer. International Journal of Applied and Fundamental Research. 2015. no. 10–11. pp. 175–176. Available at: https://applied–research.ru/ru/article/view id=7415 (in Russian).Остриков А.Н., Шевцов А.А., Ткач В.В., Сердюкова Н.А. Оптимизация процесса сушки зерновых культур в барабанной сушилке с тепловым насосом // Известия вузов. Пищевая технология. 2018. № 1. С. 74–78.Ostrikov A.N., Shevtsov A.A., Tkach V.V., Serdyukova N.A. Optimization of the grain crop drying process in a drum dryer with a heat pump. News of universities. Food technology. 2018. no. 1. pp. 74–78. (in Russian).Пат. № 2649379, RU, F26B 11/14. Барабанная сушилка / Ткач В.В., Шевцов С.А., Сердюкова Н.А. № 2017122769; Заявл. 27.06.2017; Опубл. 02.04.2018, Бюл. № 10.Tkach V.V., Shevtsov S.A., Serdyukova N.A. Drum dryer. Patent RF, no. 2649379, 2018. (in Russian).Ларин А.А., Репин А.Р., Гуреев О.С. Тепловые насосы // Межвузовский сборник статей лауреатов конкурсов. 2022. С. 117-119.Larin A.A., Repin A.R., Gureev O.S. Heat pumps. Interuniversity collection of articles by competition laureates. 2022. pp. 117-119. (in Russian).Гамаюнов И.Е. Энергосберегающие технологии в процессе сушки зерна // Студенческая наука-взгляд в будущее. 2021. С. 91-93.Gamayunov I.E. Energy-saving technologies in the process of grain drying. Student science - a look into the future. 2021. pp. 91-93. (in Russian).Шевцов А.А., Бунин Е.С., Ткач В.В., Сердюкова Н.А. и др. Эффективное внедрение парокомпрессионного теплового насоса в линию комплексной переработки семян масличных культур // Хранение и переработка сельхозсырья. 2018. № 1. С. 60–64.Shevtsov A.A., Bunin E.S., Tkach V.V., Serdyukova N.A. et al. Efficient implementation of a vapor-compression heat pump in a complex processing line for oilseeds. Storage and processing of agricultural raw materials. 2018. no. 1. pp. 60–64. (in Russian).Елистратов С.Л. Оценка границ технико – экономической эффективности применения тепловых насосов // Вестник ЮУрГУ. Серия Энергетика. 2009. Т. 11. № 15. С. 72–78.Elistratov S.L. Evaluation of the boundaries of technical and economic efficiency of heat pumps. Bulletin of SUSU. Power Engineering Series. 2009. vol. 11. no. 15. pp. 72–78. (in Russian).Использование тепловых насосов в мире – статистика, тенденции, перспективы. URL: vteple.xyz/ispolzovanie – teplovyihnasosov – v – mireUse of heat pumps in the world – statistics, trends, prospects. Available at: vteple.xyz/ispolzovanie–teplovyihnasosov–v–mire (in Russian).Пат. № 2765597, RU, 20/00, F26B 21/04, F26B 3/06, F26B 17/12. Способ сушки зерна злаковых культур и установка для его осуществления получения / Шевцов А.А., Тертычная Т.Н., Дранников А.В., Засыпкин Н.В., Куликов С.С. № 2020143934; Заявл.30.12.2020; Опубл. 01.02. 2022, Бюл. № 4.Shevtsov A.A., Tertychnaya T.N., Drannikov A.V., Zasypkin N.V., Kulikov S.S. Method for drying grain of cereal crops and installation for its implementation. Patent RF, no. 2765597, 2022.Wang G., Wu W., Qiao F., Fu D. et al. Research on an electric energy‐saving grain drying system with internal circulation of the drying medium // Journal of Food Process Engineering. 2020. V. 43. №. 9. P. e13476.Wang G., Wu W., Qiao F., Fu D. et al. Research on an electric energy‐saving grain drying system with internal circulation of the drying medium. Journal of Food Process Engineering. 2020. vol. 43. no. 9. pp. e13476.Jimoh K.A. et al. Recent advances in the drying process of grains // Food Engineering Reviews. 2023. V. 15. №. 3. P. 548-576.Jimoh K.A. et al. Recent advances in the drying process of grains. Food Engineering Reviews. 2023. vol. 15. no. 3. pp. 548-576.Chojnacka K., Mikula K., Izydorczyk G., Skrzypczak D. et al. Improvements in drying technologies-Efficient solutions for cleaner production with higher energy efficiency and reduced emission // Journal of Cleaner Production. 2021. V. 320. P. 128706.Chojnacka K., Mikula K., Izydorczyk G., Skrzypczak D. et al. Improvements in drying technologies-Efficient solutions for cleaner production with higher energy efficiency and reduced emission. Journal of Cleaner Production. 2021. vol. 320. pp. 128706.Шевцов А.А., Павлов И.О., Воронова Е.В., Бритиков Д.А. Декомпозиционное аналитическое исследование многопараметрической системы сушки и хранения зерна с применением теплового насоса // Системы управления и информационные технологии. 2011. № 4. С. 90–94.Shevtsov A.A., Pavlov I.O., Voronova E.V., Britikov D.A. Decomposition analytical study of a multiparameter grain drying and storage system using a heat pump. Control Systems and Information Technologies. 2011. no. 4. pp. 90–94. (in Russian).Чернышов А.Д. Улучшение дифференцируемости решений краевых задач механики в форме обобщенных рядов Фурье с помощью граничных функций // Изв. РАН. Механика твердого тела. 2010. № 1. С. 151–162.Chernyshov A.D. Improving the differentiability of solutions to boundary value problems of mechanics in the form of generalized Fourier series using boundary functions. Izvestiya RAS. Mechanics of Solids. 2010. no. 1. pp. 151–162. (in Russian).Шевцов А.А., Лыткина Л.И., Ткач В.В., Чернухин Ю.В. и др. Моделирование тепловой обработки семян масличных культур высокотемпературным теплоносителем // Хранение и переработка сельхозсырья. 2018. № 4. С. 163–171.Shevtsov A.A., Lytkina L.I., Tkach V.V., Chernukhin Yu.V. et al. Modeling of heat treatment of oilseeds with a high-temperature coolant. Storage and processing of agricultural raw materials. 2018. no. 4. pp. 163–171. (in Russian).Ткач В.В., Шевцов А.А., Сердюкова Н.А. Компьютерное моделирование теплофизических характеристик семян рапса методом нестационарного теплового режима // Наука, образование и инновации в современном виде: материалы Национальной науч.-практ. конф. Воронеж: Воронежский государственный аграрный университет им. Императора Петра I, 2018. С. 199–204.Tkach V.V., Shevtsov A.A., Serdyukova N.A. Computer modeling of thermophysical characteristics of rapeseed by the method of non-stationary thermal regime. Science, education and innovation in its modern form: materials of the National scientific and practical. conf. Voronezh, Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter I, 2018. pp. 199–204. (in Russian).

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