employee
GRNTI 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
The current stage in the development of agricultural production in livestock is characterized by the extensive use of pipeline transport to move the forage masses, which are related to non-Newtonian fluids. Production experience and scientific work on the study of hydrotransport systems showed that this method of transportation is the most economical and promising, it has high reliability of structural elements, improves sanitary and hygienic working conditions and makes it possible to fully automate the transportation process. The complex nature of the transportation of mixtures has not allowed to create a unified theory of hydrodynamic calculation of their parameters to date, therefore, various models are used for theoretical investigation of the nature of motion. To select a particular model, it is always important to correctly classify viscous semiliquid media with respect to hydrodynamics. Therefore, the article did not set out the specific goal of choosing a method for studying non-Newtonian systems, but solved the problem of their classification by known defining characteristics. The proposed classification does not pretend to be exhaustive in terms of the physical and chemical nature of the fluid, especially their combinations, but it covers almost all the anomalous phenomena that occur in the fluid during its transportation and helps to select a quantitative method for calculating the transporting fluid. The classification of non-Newtonian fluids with respect to their hydromechanics is based on the dependence of the shear stress on the shear gradient. For this dependence, each type of liquid is considered. The developed classification scheme further promotes a more complete account of the rheological properties of high-viscosity liquids during their transportation through pipes and facilitates the development of quantitative calculation methods.
liquid, pipe, classification, rheology, viscosity.
Современный этап развития сельскохозяйственного производства в животноводстве характеризуется широким применением трубопроводного транспорта для транспортирования кормовых масс, которые относятся к неньютоновским жидкостям [1,2,3,4,5].
Производственный опыт и научные работы по изучению гидротранспортных систем показал, что такой способ транспортирования наиболее экономичен и перспективен, отличается несложностью механизмов и высокой надежностью конструктивных элементов, улучшает санитарно-гигиенические условия работы и дает возможность полностью автоматизировать процесс транспортирования [6,7,8,9,10 ].
При транспортировании по трубопроводам простую жидкость или кормовую массу, которая обычно относится к ньютоновским жидкостям, принято рассматривать как обычную или нормальную, а жидкости с параметрами, отличающимися от обычных, как аномальными – или неньютоновскими [ 6, 11 ].
Сложный характер транспортирования смесей и многообразия их свойств не позволили до настоящего времени создать единую теорию гидродинамического расчета их параметров [5]. Поэтому для теоретических исследований характера движения применяют отдельные механические модели однофазных, такие как квазигомогенные, вязкопластические, степенные [ 5 ]. Для выбора той или иной модели всегда важно правильно классифицировать вязкие полужидкие среды применительно к гидродинамике неньютоновских жидкостей [ 12,13 ].
Анализ и обсуждения результатов исследования. При транспортировании простую ньютоновскую жидкость принято рассматривать как нормальную, а жидкости с отклоняющимися от обычных характеристиками течения – как аномальные. Однако эти, так называемые, аномальные или неньютоновские жидкости, часто встречаются в природе. Они широко применяются в различных процессах химической, перерабатывающей и других отраслях народного хозяйства, в том числе и в сельском хозяйстве (различные сочетания кормовых и навозных масс). В основе гидромеханики неньютоновских жидкостей лежат законы упруговязкопластических деформаций и реологические свойства исследуемых сред [ 5 ].
Существует несколько различных подходов изучения неньютоновских сред. Например, определяют поведение жидкости, исходя из ее химических и физических свойств, созданием математической модели, или используя количественные методы расчета, основывающиеся на реальных характеристиках жидкостей. Для решения инженерных задач гидромеханики, на наш взгляд, предпочтительным является последний метод изучения жидкостей. Следует отметить, что в настоящее время наиболее простые типы неньютоновских жидкостей поддаются такому рассмотрению. [ 6 ].
В данной работе не ставится конкретная цель выбора метода изучения неньютоновских
систем, а решается задача их классификации по известным определяющим признакам. Существует различные классификации жидкостей по химическому, механическому, дисперсному составу, по физическим, химическим и реологическим свойствам, но не все они разработаны в одинаковой степени.
Для более полного учета реологических свойств высоковязких жидкостей при транспортировании их по трубам, облегчения разработки количественных методов расчета предлагается классификационная схема, приведенная на рисунке 1.
Анализ работ [14,15] показывает, что классификация существенно помогает решению поставленных задач. Предложенная классификация не претендует на исчерпывающую полноту с точки зрения физической и химической природы жидкости, особенно их сочетания, однако она охватывает почти все изученные аномальные явления, происходящие в жидкости при ее транспортировании и помогает выбору количественного метода расчета транспортирующей жидкости.
В основу построения классификационной схемы заложен следующий признак. Каждый раздел (прямоугольник) имеет свой индекс, справа от надписи, а слева от надписи проставлены индексы предыдущих разделов, с которыми имеется структурная связь.
1. Asadullin N.M. Razrabotka tekhnologii i obosnovanie parametrov pulsiruyuschego transportirovaniya vlazhnykh vysokovyazkikh kormosmesey po trubam v zhivotnovodstve: Dis… kand.tekhn.nauk. (Development of technology and substantiation of parameters of pulsating transportation of wet high-viscosity feed mixtures by pipes in animal husbandry: Dissertation for a degree of Ph.D. of Technical sciences). - Kazan, 1995. – P. 164.
2. Patent №130037 RF, MPK F 17 D 1/16 Truboprovod dlya transportirovaniya vyazkikh poluzhidkikh kormovykh smesey. (Patent №130037 RF, IPC F 17 D 1/16 Pipe for transportation of viscous semi-liquid fodder mixtures). / Asadullin L.N., Markin O.Yu., Asadullin N.M., Markin Yu.S.// Applied 14.12.2012; Published 10.07 2013. Bulletin №19.
3. Patent №143992 RF, MPK F 17 D 1/16 Truboprovod dlya transportirovaniya kormovykh sred. (Patent №143992 RF, IPC F 17 D 1/16 Pipe for transportation of feed mediums). / Asadullin N.M., Asadullin L.N.// Applied 21.02.2014; Published 10.08. 2014. Bulletin №22.
4. Patent №153891 RF, MPK F 17 D 1/16 Truboprovod dlya transportirovaniya kormovykh smesey. (Patent №153891 RF, IPC F 17 D 1/16 Pipe for transportation of feed mixtures). / Asadullin N.M., Asadullin L.N.// Applied 06.10.2014; Published 10.08. 2015. Bulletin №22.
5. Asadullin N.M. Interrelation of inertial and rheological properties during the movement of feed masses through pipes. [Vzaimosvyaz inertsionnykh i reologicheskikh svoystv pri dvizhenii kormovykh mass po trubam]. // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. – The Herald of Kazan State Agrarian University, - 2017 - №1. P. 67-70.
6. Asadullin N.M., Asadullin L.N. Nestatsionarnoe transportirovanie vyazkikh neszhimaemykh poluzhidkikh smesey po trubam. [Non-stationary transportation of viscous incompressible semi-liquid mixtures through pipes]. // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. – The Herald of Kazan State Agrarian University. – 2014. - №4. – P. 72-77.
7. Asadullin L.N., Markin O.Yu., Asadullin N.M. Obosnovanie parametrov dvizheniya kormovykh mass po trubam. // Agrarnaya nauka 21 veka. Aktualnye issledovaniya i perspektivy. / Materialy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. (Justification of the parameters of the movement of feed masses through the pipes. // Agrarian science of the 21st century. Actual research and prospects. / Proceedings of the international scientific and practical conference) – Kazan: Izdatelstvo Kazanskogo GAU, 2015. – P. 31-34.
8. Rudakov A.I., Asadullin N.M. Pulsating transportation of pseudoplastic liquids through pipes in animal husbandry. [Pulsiruyuschee transportirovanie psevdoplasticheskikh zhidkostey po trubam v zhivotnovodstve]. // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. – The Herald of Kazan State Agrarian University. – 2006. - №4. – P. 62-67.
9. Patent №2097606 MPK F04F5/04. Pulsiruyushiy ezhektor. (Patent №2097606 of the IPC F04F5/04. Pulsating ejector). / A.I.Rudakov, N.M. Asadullin // Applied 15.03.1994. Published 27.11.1997.
10. Patent №135273 RF, MPK B 02 C 2/02 Ustroystvo dlya ispytaniya truboprovodov s poluzhidkimi kormami / / Asadullin L.N., Markin O.Yu., Asadullin N.M., Markin Yu.S.// Zayavleno 12.03.2013; opubl. 10.12 2013. Byul. №34.
11. Uilkinson U.P. Nenyutonovskie zhidkosti. Gidromekhanika, peremeshivanie i teploobmen: Per s angl. [Non-Newtonian fluids. Hydromechanics, mixing and heat exchange: translated from English]. – M.: Mir, 1964. – P. 110.
12. Rudakov A.I., Asadullin N.M., Suleymanov R.Z. Klassifikatsiya i analiz sposobov transportirovaniya poluzhidkikh kormovykh i navoznykh mass po trubam. [Classification and analysis of methods for transporting semi-liquid fodder and manure masses through pipes]. // Dep. v VNIITEIAgroprom, 01.09.90. №262. M., 1990 – P. 10.
13. Rudakov A.I., Suleymanov R.Z. Klassifikatsiya i analiz ustroystv dlya teplovoy obrabotki pischevykh otkhodov. [Classification and analysis of devices for cooking food waste]. – M., 1988. – 13 S. – Dip v VNIITEIAgroprom 03.02.88. №420.
14. Asadullin N.M. Mechanized feeding system. [Mekhanizirovannaya sistema razdachi kormov]. / N.M. Asadullin, O.Yu. Markin // Tatarskiy tsentr nauchno-tekhnicheskoy informatsii i propagandy. Kazan, 1988., №261 – P. 88 – 4 .
15. Asadullin N.M. Mechanization of distribution of fodder in a pig farm. [Mekhanizatsiya razdachi kormov na svinoferme]. / N.M. Asadullin, R.Z. Suleymanov // Tatarskiy tsentr nauchno-tekhnicheskoy informatsii i propagandy. Kazan, 1989., №3-89. P. – 4.
16. Ogibalov P.M., Mirzadzhanzade A.Kh. Nestatsionarnoe dvizhenie vyazkoplasticheskikh sred. [Nonstationary motion of viscoplastic media]. – M.: Izd-vo MGU,1977. – P. 372.
17. Patent №135273 RF, MPK B 02 C 2/02 Ustroystvo dlya ispytaniya truboprovodov s poluzhidkimi kormami (Patent №135273 of the Russian Federation, IPC B 02 C 2/02 Apparatus for testing tubes with semi-liquid fodders). // Asadullin L.N., Markin O.YU., Asadullin N.M., Markin YU.S.// Applied 12.03.2013; Published 10.12.2013. Bulletin №34.
