Теоретичне обґрунтування та ідентифікація процесів тепломасообміну у вібраційній сушарці з ІЧ-енергопідведенням

The paper contains theoretical substantiation of the processes of radiation-convective heat and mass transfer between all the defining objects inside the vibration dryer with IR energy supply. The presented equations, developed on the basis of the heat and material balance, describe the basic dynamic characteristics of the drying mode for oil-bearing grain material in a continuously operating IR dryer.Since there is no exact analytic solution of the presented mathematical model shaped as a system of differential equations with partial derivatives, the authors propose an approximate solution. The latter allows identifying the dependences between the distribution of temperature and moisture content of grain and oil-containing materials along the length of the dryer for any moment of time.The numerical solution of the reduced mathematical model is possible only with the presence of certain interconnected kinetic coefficients. The kinetic coefficients can not be found experimentally by direct measurements; therefore, the article proposes a method to overcome these difficulties. The presented approximate analytical solution of the synthesized mathematical model, with the use of the method of inverse problems, has allowed determining sets of coefficients by the results of the experimental identification of dehydration. In the future, experimentally identified parametric complexes of the model can be used in the analysis of the drying process for approximate solutions or for further exact numerical solution.Experimental studies of dehydration of grain material have proved that when the power of an IR source is increased from 400 to 500 W, the time for drying from the initial moisture content of 11 % to 8.75 % decreases from 9 to 7 minutes. It is determined that the Rebinder effect characterizing the dampness and thermal properties of the material decreases with a decrease in the moisture content from 0.04 at 11 % to 0.01 at 9 %. This is interesting from the practical point of view as the obtained results and the developed mathematical model can be used for increasing the energy efficiency of the processes of thermal drying in typical facilities that prepare oil-bearing grain materials for their processing.Теоретически обоснованы процессы радиационно-конвективного тепломассообмена между всеми определяющими объектами внутри вибрационной сушилки с ИК-энергопводом. На основе теплового и материального балансов определены уравнения, описывающие основные динамические характеристики режима сушки маслосодержащего зернового материала в непрерывно действующей ИК-сушилке.В связи с тем, что точного аналитического решения представленной математической модели в виде системы дифференциальных уравнений в частных производных не существует, предложено приближенное решение. Оно позволяет идентифицировать зависимости распределения температуры и влагосодержания зернового и маслосодержащего материала по длине сушилки для любого момента времени.Численное решение приведенной математической модели возможно только при наличии определенных взаимосвязанных кинетических коэффициентов. Кинетические коэффициенты экспериментально прямыми измерениями найти невозможно, поэтому в статье предложен метод преодоления этих трудностей. На основе представленного приближенного аналитического решения синтезированной математической модели, с использованием метода обратных задач, определяются комплексы коэффициентов по результатам экспериментальной идентификации процесса обезвоживания. В дальнейшем экспериментально идентифицированные параметрические комплексы модели можно использовать при анализе процесса сушки на приближенных решениях или для дальнейшего точного численного решения.На основе экспериментальных исследований обезвоживания зерноматериала установлено, что при увеличении мощности ИК-источника от 400 до 500Вт время сушки с начальной влажности материала 11 % до 8,75 % уменьшается с 9 до 7 минут. Определено, что критерий Ребиндера, характеризующий влаготепловые характеристики материала, уменьшается при уменьшении его влажности из величины 0,04 при 11 % до 0,01 при 9 %. Это интересно с практической точки зрения и дает возможность использовать полученные результаты и математическую модель при энергетическом совершенствовании реализации процессов термической сушки в типичных объектах подготовки к переработке маслосодержащего зерноматериалаТеоретично обґрунтовано процеси радіаційно-конвективного тепломасообміну між усіма визначальними об’єктами всередині вібраційної сушарки з ІЧ-енергопідведенням. На основі теплового і матеріального балансів визначено рівняння, які описують основні динамічні характеристики режиму сушіння олієвмісного зернового матеріалу в безперервно діючій ІЧ-сущарці. У зв’язку з тим, що точного аналітичного розв’язку представленої математичної моделі у вигляді системи диференціальних рівнянь у частинних похідних не існує. Запропоноване наближене рішення дозволяє ідентифікувати залежності розподілу температури і вологовмісту зернового та олієвмісного матеріалу за довжиною сушарки для будь-якого моменту часу.Чисельний розв’язок наведеної математичної моделі можливий лише при наявності визначених взаємопов’язаних кінетичних коефіцієнтів. Кінетичні коефіцієнти експериментально прямими вимірами знайти не можливо, тому у статті запропоновано метод подолання цих труднощів. На основі представленого наближеного аналітичного розв’язку синтезованої математичної моделі, з використанням методу обернених задач визначаються комплекси коефіцієнтів за результатами експериментальної ідентифікації процесу зневоднення. В подальшому експериментально ідентифіковані параметричні комплекси моделі можливо використовувати при аналізі процесу сушіння на наближених розв’язках або для подальшого точного чисельного розв’язку.На основі експериментальних досліджень зневоднення зерноматеріалу встановлено, що при збільшенні потужності ІЧ-джерела від 400 до 500Вт час сушіння з початкової вологості матеріалу 11 % до 8,75 % зменшується з 9 до 7 хвилин. Визначено, що критерій Ребіндера, який характеризує вологотеплові характеристики матеріалу, зменшується при зменшенні його вологості з величини 0,04 при 11 % до 0,01 при 9 %. Це є цікавим з практичної точки зору і дає можливість використовувати отримані результати і математичну модель при енергетичному удосконаленні реалізації процесів термічного сушіння в типових об’єктах підготовки до переробки олієвмісних зерноматеріалі

Integrated development of carrying capacities of the Baikal-Amur Mainline and Trans-Siberian Railway

The paper considers actual technical and technological problems in the development of the Eastern polygon of the Russian railway network. The purpose of the study is to develop a methodology and software tools that ensure the search for effective solutions for given resource and logistical constraints. Methods of simulation modeling, distribution of flows on networks and graphs are used. The result of the study is a hybrid set of model calculations

Theoretical Rationale and Identification of Heat and Mass Transfer Processes in Vibration Dryers with IR-energy Supply

The paper contains theoretical substantiation of the processes of radiation-convective heat and mass transfer between all the defining objects inside the vibration dryer with IR energy supply. The presented equations, developed on the basis of the heat and material balance, describe the basic dynamic characteristics of the drying mode for oil-bearing grain material in a continuously operating IR dryer.Since there is no exact analytic solution of the presented mathematical model shaped as a system of differential equations with partial derivatives, the authors propose an approximate solution. The latter allows identifying the dependences between the distribution of temperature and moisture content of grain and oil-containing materials along the length of the dryer for any moment of time.The numerical solution of the reduced mathematical model is possible only with the presence of certain interconnected kinetic coefficients. The kinetic coefficients can not be found experimentally by direct measurements; therefore, the article proposes a method to overcome these difficulties. The presented approximate analytical solution of the synthesized mathematical model, with the use of the method of inverse problems, has allowed determining sets of coefficients by the results of the experimental identification of dehydration. In the future, experimentally identified parametric complexes of the model can be used in the analysis of the drying process for approximate solutions or for further exact numerical solution.Experimental studies of dehydration of grain material have proved that when the power of an IR source is increased from 400 to 500 W, the time for drying from the initial moisture content of 11 % to 8.75 % decreases from 9 to 7 minutes. It is determined that the Rebinder effect characterizing the dampness and thermal properties of the material decreases with a decrease in the moisture content from 0.04 at 11 % to 0.01 at 9 %. This is interesting from the practical point of view as the obtained results and the developed mathematical model can be used for increasing the energy efficiency of the processes of thermal drying in typical facilities that prepare oil-bearing grain materials for their processing

Експериментальне обґрунтування можливості застосування композитних матеріалів на основі хітозану та фосфатів кальцію для заміщення кісткових дефектів

A number of chitosane/hydroxyl apatite composite materials were synthesized from aqueous solutions of a biopolymer and soluble salts-precursors. The composites were obtained in the dense and porous variants. The examinations conducted by the methods of X-ray diffraction analysis and infrared spectroscopy showed that apatite crystals in the composites had structural characteristics similar to those of biogenic apatite. Cylindrical rods, made of chitosane/hydroxyl apatite composite materials, were experimentally implanted into the tibial bone of linear laboratory rats in vivo. Histological and histomorphological studies for assessing osteoconductivity were performed 5, 10, 15 and 24 days after the implantation. The specimens were examined by the method of scanning electronic microscopy with X-ray microanalysis for comparing the elemental composition and morphological characteristics of the implant and bone during the integration. The results of the tests make it possible to conclude that chitosane/hydroxyl apatite composites are bioinert and biocompatible. The porous specimens also demonstrated satisfactory osteoconductive properties and were experimentally replaced in vivo by a newly formed bone tissue.Проведен синтез ряда хитозан/гидроксилапатитных композитных материалов из водных растворов биополимера и растворимых солей-прекурсоров. Композитные материалы были получены в плотном и пористом вариантах. Проведенные исследования методами рентгенодифракционного анализа и ИК-спектроскопии показали, что кристаллы апатита в композитах обладают структурными характеристиками, близкими к характеристикам биогенного апатита. В экспериментах in vivo в большеберцовую кость линейных лабораторных крыс имплантировали цилиндрические стержни, изготовленные из хитозан/апатитных композитных материалов. На 5, 10, 15 и 24 сутки после имплантации проводили гистологические и гистоморфологические исследования для оценки остеокондуктивности. Образцы исследовали методом растровой электронной микроскопии с рентгеновским микроанализом для сравнения элементного состава и морфологических характеристик имплантата и кости в течение интеграции. По результатам тестов можно заключить, что хитозан/гидроксилапатитные материалы являются биоинертными и биосовместимыми. Пористые образцы показали также удовлетворительные остеокондуктивные свойства, будучи замещены в экспериментах in vivo новосформированной костной тканью.Проведено синтез ряду хітозан/гідроксилапа-титних композитних матеріалів з водних розчинів біополімеру та розчинних солей-прекурсорів. Композитні матеріали було одержано у щільному та пористому варіантах. Проведені дослідження методом рентгенодифракційного аналізу та ІЧ-спектроскопії показали, що кристали апатиту в композитах мають структурні характеристики, близькі до характеристик біогенного апатиту. В експериментах in vivo у великогомілкову кістку лінійних лабораторних щурів імплантували циліндричні стержні, виготовлені з хітозан/апатитних композитних матеріалів. На 5, 10, 15 та 24 добу після імплантації проводили гістологічні та гістоморфологічні дослідження для оцінки остеокондуктивності. Зразки досліджували методом растрової електронної мікроскопії з рентгенівським мікроаналізом для порівняння елементного складу та морфологічних характеристик імплантата й кістки впродовж інтеграції. За результатами тестів можна зробити висновок, що хітозан/гідроксилапатитні матеріали є біоінертними та біосумісними. Пористі зразки показали також задовільні остеокондуктивні властивості, оскільки були заміщені в експериментах in vivo новоутвореною кістковою тканиною