Научная статья
УДК 66/544.032
DOI: doi.org/10.48612/dalrybvtuz/2024-69-04
EDN: FUCJEA
Физическая и феноменологическая модели насыпного фильтра со встроенными механоактиваторами
Александра Игоревна Крикун
Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет, Владивосток, Россия,
кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологические машины и оборудование», SPIN-код: 6217-9103, AuthorID: 946577,
ORCID: 0000-0002-9330-2555,
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Сергей Дмитриевич Руднев
Кемеровский государственный медицинский университет Минздрава России, Кемерово, Россия,
профессор, доктор технических наук, профессор кафедры медицинской, биологической физики и высшей математики, SPIN-код: 6389-7238, AuthorID: 423406, AuthorID: 800874,
ORCID: 0000-0003-2506-6121,
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Вероника Вячеславовна Феоктистова
Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет, Владивосток, Россия,
ведущий специалист, SPIN-код: 4146-3970, AuthorID: 998024,
ORCID: 0000-0002-7680-2611,
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Аннотация. Проведен теоретический анализ насыпного фильтрования с выделением наиболее значимых факторов, влияющих на пропускную способность и качество фильтрата; представлены результаты экспериментальной проверки влияния внешних механических воздействий на свойства воды, ее растворов и водных суспензий (дистиллированная вода, морская вода и меловая суспензия) на физических (стеклянных) моделях, а также исследования пропускной способности при фильтровании исходных и активированных (исходных водных суспензий с измененными свойствами) водных суспензий через естественно-уплотнённые и виброуплотнённые насыпные дисперсные среды. По результатам моделирования произведена модернизация экспериментальной установки (насыпного фильтра), предусматривающая включение в конструкцию виброактиватора для уплотнения фильтрующего слоя и механоактиватора для активации исходных водных суспензий перед процессом фильтрования. Построена феноменологическая модель данного фильтрующего устройства, представляющая собой комбинацию упругих и вязких элементов, на основе которой предложена расчетная модель, описывающая функционирование исследуемого объекта в физически содержательных терминах. Подведены итоги физического моделирования на экспериментальной установке – насыпном зернистом фильтре на предприятии ООО «Восток продукт».
Ключевые слова: насыпное фильтрование, факторы, физическая модель, экспериментальная проверка, водные суспензии, феноменологическая модель, модернизация, насыпной фильтр, механоактивация, виброактивация
Список источников
1. Разбираем химический состав морской воды [Электронный ресурс] // О воде, способах ее очистки и улучшения качества, 2018–2024. Режим доступа: https://o-vode.net/kakaya-byvaet/morskaya/razbiraem-himicheskij-sostav.
2. Протодьяконов, И. О. Гидромеханические основы процессов химической технологии / И. О. Протодьяконов, Ю. Г. Чесноков. Л. : Химия, 1987. 360 с.
3. Феоктистова, В. В. Совершенствование процесса фильтрования морской воды насыпными дисперсными средами : научно-квалификационная работа: 4.3.3 Пищевые системы / Феоктистова Вероника Вячеславовна. Кемерово, 2024. 133 с.
4. Азбель, Г. Г. Вибрации в технике: справочник в 6 т. Т. 4. Вибрационные процессы и машины / Г. Г. Азбель, И. И. Блехман, И. И. Быховский, Л. А. Вайсберг и др.; под ред. Э. Э. Лавендела. М. : Машиностроение, 1981. 509 с.
5. Арет, В. А. Реология и физико-механические свойства материалов пищевой промышленности : учеб. пособие / В. А. Арет, С. Д. Руднев. Кемерово : Интермедия, 2014. 246 с. ISBN: 978-5-4383-0033-5.
6. Мельцер В. З. Исследование пористости зернистых фильтрующих материалов // Научные труды АКХ. М. : ОНТИ АКХ. 1973. Т. 98. С. 97–99.
7. Минц Д. М. Теоретические основы технологии очистки воды. М. : Стройиздат, 1964. 156 с.
8. Сперанский, П. В. Исследование местных зернистых материалов Уральского региона с целью их использования в качестве загрузки водоочистных фильтров : дис. ... канд. техн. наук: 05.23.04 / Сперанский Павел Владимирович. Екатеринбург, 2001. 187 с.
9. Успенский В. А. К теории и расчету слоевого фильтра // Инженерно-физический журнал. 1974. Т. 24, № 4. С. 740.
10. Крикун, А. И. Совершенствование процесса фильтрования воды на рыбоперерабатывающих предприятиях : дис. ... канд. техн. наук: 05.18.12 / Крикун Александра Игоревна. Кемерово, 2017. 219 с.
11. Самохвалов Н. М. Прогнозирование вида фильтрования в зернистых фильтрах // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2010. № 7(47). С. 165–169. EDN: NCGKMB.
12. Cescon A. Filtration Process and Alternative Filter Media Material in Water Treatment / A. Cescon, J.-Q. Jiang // Water. 2020. № 12(12). P. 3377. DOI:10.3390/w12123377.
13. Hasolli N. Filtration performance evaluation of depth filter media cartridges as function of layer structure and pleat count / N. Hasolli, Y.O. Park, Y.W. Rhee // Powder Technology. 2013. Vol. 237. P. 24–31. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2013.01.002.
14. Блехман И. И. Что может вибрация? О «вибрационной механике» и вибрационной технике. М. : ЛЕНАНД, 2017. 216 с. ISBN 978-5-9710-3582-4.
15. Гончаревич, И. Ф. Вибрационная техника в пищевой промышленности / И. Ф. Гончаревич, Н. В. Урье, М. А. Талейсник. М. : Пищ. пром-сть, 1977. 279 с.
16. Руднев, С. Д. Изменение свойств воды при её механоактивации / С. Д. Руднев, Т. В. Шевченко, И. Ю. Сергеева и др. // Актуальные направления научных исследований: технологии, качество и безопасность : сборник материалов Нац. (Всерос.) конф. 2020. С. 121–124.
17. Иориш Ю. И. Виброметрия. М. : Машиностроение, 1963. 772 с.
18. Менделеев, Д. И. Основы химии: в 4 т. / Д. И. Менделеев. М. : Изд-во «Юрайт», 2020. Т. 1. 310 с.
19. Молчанов, В. И. Активация минералов при измельчении / В. И. Молчанов, О. Г. Селезнева, Е. Н. Жирнов. М. : Недра, 1988. 208 с.
20. Ребиндер П. А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика // Избранные труды. М. : Наука, 1979. 384 с.
21. Тихомиров, С. Г. Повышение эффективности фильтрующего оборудования для предотвращения загрязнения моря с судов : дис. ... канд. техн. наук: 25.00.36 / Тихомиров Сергей Георгиевич. СПб., 2006. 209 с.
22. Ватин, Н. И. Применение цеолитов клиноптилолитового типа для очистки природных вод / Н. И. Ватин, В. Н. Чечевичкин, А. В. Чечевичкин, Е. С. Шилова // Инженерно-строительный журнал. 2013. № 2(37). С. 81–88. EDN: PXABMD.
23. Овчинников П. Ф. Виброрелогия : монография. Киев : Наукова думка, 1983. 272 с.
24. Кирсанов, Е. А. Неньютоновское течение структурированных систем. XIII. Тиксотропные свойства / Е. А. Кирсанов, Ю. Н. Тимошин // Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2014. Т. 14, № 4. С. 30–39.
25. Беляева Н. А. Неоднородное течение структурированной жидкости // Математическое моделирование. 2006. Т. 18, № 6. С. 3–14.
26. Литунов, С. Н. Течение неньютоновской жидкости в несимметричном потоке / С. Н. Литунов, Ю. Д. Тощакова, В. В. Скитченко, О. Е. Сердюк // Омский научный вестник. 2015. № 2(140). С. 130–134.
27. Фролова А. А. Численное сравнение обобщенной модели Максвелла и модели Черчиньяни-Лэмпис // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2020. Т. 60, № 12. С. 2162–2176. EDN: AQCBDE.
28. Шешенин, С. В. Об определении параметров вязкоупругой модели Максвелла / С. В. Шешенин, И. М. Закалюкина // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2017. № 9. С. 47–49. EDN:ZHQZSX.
29. Богомолов, В. А. Общий подход к решению линейных, трехмерных, вязкоупругих обобщенных моделей Максвелла / В. А. Богомолов, В. К. Жданюк, С. В. Богомолов // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. 2011. № 54. С. 153–158. EDN:OUWTMH.
© Крикун А. И., Руднев С. Д., Феоктистова В. В., 2024
Для цитирования: Крикун А. И., Руднев С. Д., Феоктистова В. В. Физическая и феноменологическая модели насыпного фильтра со встроенными механоактиваторами // Научные труды Дальрыбвтуза. 2024. Т. 69, № 3. С. 37–49.
Статья поступила в редакцию 12.09.2024; одобрена после рецензирования 17.09.2024; принята к публикации 30.09.2024.
Origrnal article
Physical and phenomenological models of a bulk filter with built-in mechanical activators
Aleksandra I. Krikun
Far Eastern State Technical Fisheries University, Vladivostok, Russia,
PhD in Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Technological Machines and Equipment, SPIN-code: 6217-9103, AuthorID: 946577,
ORCID: 0000-0002-9330-2555
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Sergey D. Rudnev
Kemerovo State Medical University of the Ministry of Health of Russia, Kemerovo, Russia,
Professor, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Medical, Biological Physics and Higher Mathematics, SPIN-code: 6389-7238, AuthorID: 423406,
ORCID: 0000-0003-2506-6121
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Veronika V. Feoktistova
Far Eastern State Technical Fisheries University, Vladivostok, Russia,
Leading Specialist, SPIN-code: 4146-3970, AuthorID: 998024,
ORCID: 0000-0002-7680-2611
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Abstract. The article presents a theoretical analysis of bulk filtration, highlighting the most significant factors influencing throughput and the quality of the filtrate. Additionally, it discusses the results of an experimental test on the influence of external mechanical effects on the properties of water, its solutions, and aqueous suspensions (distilled water, seawater, and chalk suspension) using physical (glass) models. The study also examines the throughput capacity during filtration of both initial and activated aqueous suspensions (those with modified properties) through naturally compacted and vibrationally compacted bulk dispersed media. Based on the modeling results, the experimental setup (bulk filter) was modernized to include a vibration activator for compacting the filter layer and a mechanical activator for activating the initial aqueous suspensions before filtration. A phenomenological model of this filtering device was constructed, combining elastic and viscous elements. From this, a calculation model was proposed, describing the functioning of the object under study in physically meaningful terms. Finally, the results of physical modeling on an experimental setup — a bulk granular filter at the LLC enterprise Vostok Product — were summarized.
Keywords: bulk filtration, factors, physical model, experimental testing, aqueous suspensions, phenomenological model, modernization, bulk filter, mechanical activation, vibration activation
© Krikun A. I., Rudnev S. D., Feoktistova V. V., 2024
For citation: Krikun A. I., Rudnev S. D., Feoktistova V. V. Physical and phenomenological models of a bulk filter with built-in mechanical activators. Scientific Journal of the Far Eastern State Technical Fisheries University. 2024; 69(3): 37–49. (in Russ.).
The article was submitted 12.09.2024; approved after reviewing 17.09.2024; accepted for publication 30.09.2024.