DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.12(43).2.154-164
Чисельне моделювання системи «сито – частинки матеріалу – щітка»
Про авторів
Алієв Ельчин Бахтияр огли , доктор технічних наук, старший дослідник, професор кафедри інжинірингу технічних систем, Дніпровський державний аграрно-економічний університет, м. Дніпро, Україна, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4006-8803, e-mail: aliev@meta.ua
Литвинов Ілля Вікторович , здобувач вищої освіти на третьому (освітньо-науковому) рівні за спеціальністю «Галузеве машинобудування», Дніпровський державний аграрно-економічний університет, м. Дніпро, Україна, ORCID: https://orcid.org/0009-0001-7961-8086, e-mail: illalitvinov901@gmail.com
Анотація
Виконано комплексне чисельне моделювання процесу очищення сита щіткою в середовищі Simcenter Star-CCM+, що дозволило детально відтворити просторову взаємодію між елементами системи «сито – частинки матеріалу – щітка» та встановити закономірності впливу конструктивних і кінематичних параметрів на ефективність процесу очищення. Застосування моделі дискретних елементів (DEM) у поєднанні з Лагранжевою багатофазною постановкою забезпечило адекватне відображення контактної взаємодії гнучких волокон із частинками матеріалу та стінками конструкції, а використання нестаціонарного неявного розрахунку гарантувало стабільність і високу точність чисельного інтегрування. У результаті багатофакторного моделювання визначено вплив чотирьох основних параметрів – кута нахилу щітки, відносного розміру частинок, кількості волокон уздовж напряму руху і швидкості переміщення – на три ключові критерії ефективності: частку частинок, що пройшли крізь сито, залишилися на поверхні та зійшли з неї.
Ключові слова
чисельне моделювання, DEM, щітка, сито, частинки матеріалу, ефективність очищення
Повний текст:
PDF
Посилання
1. Katarzyna, L., Remigiusz, M., & Piotr, W. (2016). Mathematical and empirical description of screen blocking. Granular Matter, 18, Article 13. https://doi.org/10.1007/s10035-016-0622-4.
2. Feder, S., Keska, W., & Wlodarczyk, K. (2008). Pneumatic aiding of the process of screening granular mixtures using a screening table. Agric. Eng., 4(102), 263–270.
3. Vasylkovskyi, O. M., Leshchenko, S. M., Moroz, S. M., Nesterenko, O. V., & Molokost, L. A. (2020). Development toward the concept of the "ideal" sieve of a grain separator. Konstruiuvannia, vyrobnytstvo ta ekspluatatsiia silskohospodarskykh mashyn, 50, 52–58. doi.org/10.32515/2414-3820.2020.50.52-58 [in Ukrainian].
4. Olshansky, V. P., Bredykhin, V. V., Lukyanenko, V. M., Piven, M. V., Slipchenko, M. V., & Kharchenko, S.O. (2017). Theory of grain separation (Monograph, 802 p.). Kharkiv.
5. Olshanskyi, V. P., Slipchenko, M. V., Olshanskyi, O. V., & Bredykhin, V. V. (2022). Dynamics of pulse- loaded nonlinear oscillators (Monograph, 262 p.). Kharkiv.
6. Simcenter. (n.d.). Simcenter STAR-CCM+ 2210 released: What’s new? Retrieved from blogs.sw.siemens.com/simcenter/simcenter-star-ccm-2210-released-whats-new/?utm_source=chatgpt.com.
7. Qiu, Z., Xiao, Q., Yuan, H., Han, X., & Li, C. (2024). Particle shape and clogging in fluid-driven flow: A coupled CFD-DEM study. Powder Technology, 437, 119566. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2024.119566.
8. Zhao, Z., Wu, M., & Jiang, X. (2024). A review of contact models’ properties for discrete element simulation in agricultural engineering. Agriculture, 14, 238. https://doi.org/10.3390/agriculture14020238.
9. Shevchenko, I., & Aliiev, E. (2018). Study of the process of calibration of confectionery sunflower seeds. Food Science and Technology, 12(4), 135–142. https://doi.org/10.15673/fst.v12i4.1209.
10. Shen, J., Wheeler, C., Ilic, D., & Chen, J. (2019). Application of open source FEM and DEM simulations for dynamic belt deflection modelling. Powder Technology, 357, 171–185. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.08.068.
11. Li, J., Webb, C., Pandiella, S. S., & Campbell, G. M. (2003). Discrete particle motion on sieve – A numerical study using the DEM simulation. Powder Technol., 133, 190–203. doi.org/10.1016/S0032-5910(03)00092-5.
12. Bi, Y., Song, Q., Zhu, J., Feng, J., Dong, J., Zhao, P., Huang, Y., Fu, Z., & Zhou, J. (2024). Performance of elastic ball screen-cleaning device based on DEM-MBD coupling simulation. Particuology, 93, 247–263. https://doi.org/10.1016/j.partic.2024.07.003.
13. Aliiev, E. B. (2023). Chyselne modeliuvannia protsesiv ahropromyslovoho vyrobnytstva (340 p.). Kyiv: Ahrarna nauka. https://doi.org/10.31073/978-966-540-584-9 [in Ukrainian].
14. Boset, L. D., Wako, A., & Zewdie, B. (2023). Determination of terminal velocity of some agricultural grain using Ansys Rocky DEM–CFD coupling simulation. Science Development, 4(2), 28–35. https://doi.org/10.11648/j.scidev.20230402.12.
15. Devpalli, D., Mayavaram, R., Singh, N., & Wollschlager, J. (2024). Challenges in implementing fiber-fiber interaction in a discrete element method analysis of fiber orientation. SPE ANTEC 2024 Conference Proceedings, St. Louis.
Пристатейна бібліографія ГОСТ
1. Katarzyna L., Remigiusz M., Piotr W. Mathematical and empirical description of screen blocking. Granular Matter. 2016. Vol. 18. Article number 13. DOI: 10.1007/s10035-016-0622-4
2. Feder S., Keska W., Wlodarczyk K. Pneumatic aiding of the process of screening granular mixtures using a screening table. Agric. Eng. 2008. Vol. 4(102). P. 263–270.
3. Васильковський О.М., Лещенко С.М., Мороз С.М., Нестеренко О.В., Молокост Л.А. До створення концепції «ідеального» решета зернового сепаратора. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. 2020. Вип. 50. С. 52–58. DOI: 10.32515/2414-3820.2020.50.52-58
4. Olshansky V.P., Bredykhin V.V., Lukyanenko V.M., Piven M.V., Slipchenko M.V., Kharchenko S.O. Theory of grain separation: monograph. Kharkiv. 2017. 802 p.
5. Olshanskyi V.P., Slipchenko M.V., Olshanskyi O.V., Bredykhin V.V. Dynamics of pulse-loaded nonlinear oscillators: monograph. Kharkiv. 2022. 262 p.
6. Simcenter. Simcenter STAR-CCM+ 2210 released: What’s new? [Electronic resource]. – Access mode: https://blogs.sw.siemens.com/simcenter/simcenter-star-ccm-2210-released-whats-new/?utm_source=chatgpt.com
7. Qiu Z., Xiao Q., Yuan H., Han X., Li C. Particle shape and clogging in fluid-driven flow: A coupled CFD- DEM study. Powder Technology. 2024. Vol. 437. 119566. DOI: 10.1016/j.powtec.2024.119566
8. Zhao Z., Wu M., Jiang X. A Review of Contact Models’ Properties for Discrete Element Simulation in Agricultural Engineering. Agriculture. 2024, Val. 14. 238. DOI: 10.3390/agriculture14020238
9. Shevchenko I., Aliiev E. Study of the process of calibration of confectionery sunflower seeds. Food Science and Technology. 2018. Vol. 12, Is. 4. P. 135–142. DOI: 10.15673/fst.v12i4.1209
10. Shen J., Wheeler C., Ilic D., Chen J. Application of open source FEM and DEM simulations for dynamic belt deflection modelling. Powder Technology. 2019. Vol. 357. P. 171–185. DOI: 10.1016/j.powtec.2019.08.068.
11. Li J., Webb C., Pandiella S.S., Campbell G.M. Discrete particle motion on sieve–a numerical study using the DEN simulation. Powder Technol. 2003. Val. 133. P. 190–203. DOI: 10.1016/S0032-5910(03)00092-5
12. Bi Y., Song Q., Zhu J., Feng J., Dong J., Zhao P., Huang Y., Fu Z., Zhou J. 2024. Performance of elastic ball screen-cleaning device based on DEM-MBD coupling simulation. Particuology. Vol. 93. P. 247–263. DOI: 10.1016/j.partic.2024.07.003
13. Алієв Е. Б. Чисельне моделювання процесів агропромислового виробництва: підручник. Київ: Аграрна наука. 2023. 340 с. DOI: 10.31073/978-966-540-584-9
14. Boset L. D., Wako A., Zewdie B. Determination of Terminal Velocity of Some Agricultural Grain Using Ansys Rocky DEM - CFD Coupling Simulation. Science Development. 2023. Vol. 4(2). P. 28–35. DOI: 10.11648/j.scidev.20230402.12
15. Devpalli D., Mayavaram R., Singh N., Wollschlager J. Challenges in implementing fiber-fiber interaction in a discrete element method analysis of fiber orientation. Conference: SPE ANTEC 2024At: St Louis.
Copyright (c) 2025 Е. Б. Алієв, І. В. Литвинов
Чисельне моделювання системи «сито – частинки матеріалу – щітка»
Про авторів
Алієв Ельчин Бахтияр огли , доктор технічних наук, старший дослідник, професор кафедри інжинірингу технічних систем, Дніпровський державний аграрно-економічний університет, м. Дніпро, Україна, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4006-8803, e-mail: aliev@meta.ua
Литвинов Ілля Вікторович , здобувач вищої освіти на третьому (освітньо-науковому) рівні за спеціальністю «Галузеве машинобудування», Дніпровський державний аграрно-економічний університет, м. Дніпро, Україна, ORCID: https://orcid.org/0009-0001-7961-8086, e-mail: illalitvinov901@gmail.com
Анотація
Ключові слова
Повний текст:
PDFПосилання
1. Katarzyna, L., Remigiusz, M., & Piotr, W. (2016). Mathematical and empirical description of screen blocking. Granular Matter, 18, Article 13. https://doi.org/10.1007/s10035-016-0622-4.
2. Feder, S., Keska, W., & Wlodarczyk, K. (2008). Pneumatic aiding of the process of screening granular mixtures using a screening table. Agric. Eng., 4(102), 263–270.
3. Vasylkovskyi, O. M., Leshchenko, S. M., Moroz, S. M., Nesterenko, O. V., & Molokost, L. A. (2020). Development toward the concept of the "ideal" sieve of a grain separator. Konstruiuvannia, vyrobnytstvo ta ekspluatatsiia silskohospodarskykh mashyn, 50, 52–58. doi.org/10.32515/2414-3820.2020.50.52-58 [in Ukrainian].
4. Olshansky, V. P., Bredykhin, V. V., Lukyanenko, V. M., Piven, M. V., Slipchenko, M. V., & Kharchenko, S.O. (2017). Theory of grain separation (Monograph, 802 p.). Kharkiv.
5. Olshanskyi, V. P., Slipchenko, M. V., Olshanskyi, O. V., & Bredykhin, V. V. (2022). Dynamics of pulse- loaded nonlinear oscillators (Monograph, 262 p.). Kharkiv.
6. Simcenter. (n.d.). Simcenter STAR-CCM+ 2210 released: What’s new? Retrieved from blogs.sw.siemens.com/simcenter/simcenter-star-ccm-2210-released-whats-new/?utm_source=chatgpt.com.
7. Qiu, Z., Xiao, Q., Yuan, H., Han, X., & Li, C. (2024). Particle shape and clogging in fluid-driven flow: A coupled CFD-DEM study. Powder Technology, 437, 119566. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2024.119566.
8. Zhao, Z., Wu, M., & Jiang, X. (2024). A review of contact models’ properties for discrete element simulation in agricultural engineering. Agriculture, 14, 238. https://doi.org/10.3390/agriculture14020238.
9. Shevchenko, I., & Aliiev, E. (2018). Study of the process of calibration of confectionery sunflower seeds. Food Science and Technology, 12(4), 135–142. https://doi.org/10.15673/fst.v12i4.1209.
10. Shen, J., Wheeler, C., Ilic, D., & Chen, J. (2019). Application of open source FEM and DEM simulations for dynamic belt deflection modelling. Powder Technology, 357, 171–185. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.08.068.
11. Li, J., Webb, C., Pandiella, S. S., & Campbell, G. M. (2003). Discrete particle motion on sieve – A numerical study using the DEM simulation. Powder Technol., 133, 190–203. doi.org/10.1016/S0032-5910(03)00092-5.
12. Bi, Y., Song, Q., Zhu, J., Feng, J., Dong, J., Zhao, P., Huang, Y., Fu, Z., & Zhou, J. (2024). Performance of elastic ball screen-cleaning device based on DEM-MBD coupling simulation. Particuology, 93, 247–263. https://doi.org/10.1016/j.partic.2024.07.003.
13. Aliiev, E. B. (2023). Chyselne modeliuvannia protsesiv ahropromyslovoho vyrobnytstva (340 p.). Kyiv: Ahrarna nauka. https://doi.org/10.31073/978-966-540-584-9 [in Ukrainian].
14. Boset, L. D., Wako, A., & Zewdie, B. (2023). Determination of terminal velocity of some agricultural grain using Ansys Rocky DEM–CFD coupling simulation. Science Development, 4(2), 28–35. https://doi.org/10.11648/j.scidev.20230402.12.
15. Devpalli, D., Mayavaram, R., Singh, N., & Wollschlager, J. (2024). Challenges in implementing fiber-fiber interaction in a discrete element method analysis of fiber orientation. SPE ANTEC 2024 Conference Proceedings, St. Louis.
Пристатейна бібліографія ГОСТ
1. Katarzyna L., Remigiusz M., Piotr W. Mathematical and empirical description of screen blocking. Granular Matter. 2016. Vol. 18. Article number 13. DOI: 10.1007/s10035-016-0622-4
2. Feder S., Keska W., Wlodarczyk K. Pneumatic aiding of the process of screening granular mixtures using a screening table. Agric. Eng. 2008. Vol. 4(102). P. 263–270.
3. Васильковський О.М., Лещенко С.М., Мороз С.М., Нестеренко О.В., Молокост Л.А. До створення концепції «ідеального» решета зернового сепаратора. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. 2020. Вип. 50. С. 52–58. DOI: 10.32515/2414-3820.2020.50.52-58
4. Olshansky V.P., Bredykhin V.V., Lukyanenko V.M., Piven M.V., Slipchenko M.V., Kharchenko S.O. Theory of grain separation: monograph. Kharkiv. 2017. 802 p.
5. Olshanskyi V.P., Slipchenko M.V., Olshanskyi O.V., Bredykhin V.V. Dynamics of pulse-loaded nonlinear oscillators: monograph. Kharkiv. 2022. 262 p.
6. Simcenter. Simcenter STAR-CCM+ 2210 released: What’s new? [Electronic resource]. – Access mode: https://blogs.sw.siemens.com/simcenter/simcenter-star-ccm-2210-released-whats-new/?utm_source=chatgpt.com
7. Qiu Z., Xiao Q., Yuan H., Han X., Li C. Particle shape and clogging in fluid-driven flow: A coupled CFD- DEM study. Powder Technology. 2024. Vol. 437. 119566. DOI: 10.1016/j.powtec.2024.119566
8. Zhao Z., Wu M., Jiang X. A Review of Contact Models’ Properties for Discrete Element Simulation in Agricultural Engineering. Agriculture. 2024, Val. 14. 238. DOI: 10.3390/agriculture14020238
9. Shevchenko I., Aliiev E. Study of the process of calibration of confectionery sunflower seeds. Food Science and Technology. 2018. Vol. 12, Is. 4. P. 135–142. DOI: 10.15673/fst.v12i4.1209
10. Shen J., Wheeler C., Ilic D., Chen J. Application of open source FEM and DEM simulations for dynamic belt deflection modelling. Powder Technology. 2019. Vol. 357. P. 171–185. DOI: 10.1016/j.powtec.2019.08.068.
11. Li J., Webb C., Pandiella S.S., Campbell G.M. Discrete particle motion on sieve–a numerical study using the DEN simulation. Powder Technol. 2003. Val. 133. P. 190–203. DOI: 10.1016/S0032-5910(03)00092-5
12. Bi Y., Song Q., Zhu J., Feng J., Dong J., Zhao P., Huang Y., Fu Z., Zhou J. 2024. Performance of elastic ball screen-cleaning device based on DEM-MBD coupling simulation. Particuology. Vol. 93. P. 247–263. DOI: 10.1016/j.partic.2024.07.003
13. Алієв Е. Б. Чисельне моделювання процесів агропромислового виробництва: підручник. Київ: Аграрна наука. 2023. 340 с. DOI: 10.31073/978-966-540-584-9
14. Boset L. D., Wako A., Zewdie B. Determination of Terminal Velocity of Some Agricultural Grain Using Ansys Rocky DEM - CFD Coupling Simulation. Science Development. 2023. Vol. 4(2). P. 28–35. DOI: 10.11648/j.scidev.20230402.12
15. Devpalli D., Mayavaram R., Singh N., Wollschlager J. Challenges in implementing fiber-fiber interaction in a discrete element method analysis of fiber orientation. Conference: SPE ANTEC 2024At: St Louis.
Copyright (c) 2025 Е. Б. Алієв, І. В. Литвинов