Результати чисельного моделювання процесупресування брикетів і віджиму олії у шнековому пресі

Abstract

UA: У статті представлено комплексну методику чисельного моделювання процесу виготовлення паливних брикетів у шнековому пресі на основі інтегрованого підходу DEM–CFD. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю підвищення енергоефективності технологій переробки біомаси та вдосконалення конструктивно-технологічних параметрів брикетувального обладнання. Моделювання виконано в програмному середовищі STAR-CCM+ з урахуванням взаємодії твердих частинок рослинної сировини та міжчастинної рідкої фази, що дозволило відтворити реальну фізику процесів ущільнення, формування тиску та витиснення рідини. На основі повнофакторного чисельного експерименту побудовано регресійні моделі другого порядку для продуктивності преса, щільності сформованого брикету та кількості виділеної олії залежно від частоти обертання шнека, кроку завантажувального шнека та довжини формувального пристрою. Проведений аналіз показав нелінійний і багатокритеріальний характер процесу брикетування, наявність компромісу між показниками продуктивності, якості брикету та інтенсивності виділення рідкої фази. Отримані результати підтверджують адекватність застосованого DEM–CFD підходу та можуть бути використані для оптимізації режимів роботи й конструктивних параметрів шнекових пресів з метою підвищення ефективності виробництва твердого біопалива. /// EN: The article presents a comprehensive methodology for numerical modeling of the fuel briquette manufacturing process in a screw press based on an integrated DEM–CFD approach. The relevance of the study is driven by the need to improve the energy efficiency of biomass processing technologies and to refine the design and technological parameters of briquetting equipment. The modeling was performed in the STAR-CCM+ software environment, taking into account the interaction between solid particles of plant-based raw materials and the interparticle liquid phase, which made it possible to reproduce the real physics of compaction processes, pressure formation, and liquid extrusion. Based on a full-factorial numerical experiment of the 33 type, second-order regression models were developed for press productivity, density of the formed briquette, and the amount of expressed oil as functions of screw rotational speed, feeding screw pitch, and forming die length. The analysis revealed a nonlinear and multicriteria nature of the briquetting process, with the presence of trade-offs between productivity, briquette quality, and the intensity of liquid phase release. The obtained results confirm the adequacy of the applied DEM–CFD approach and can be used to optimize operating regimes and design parameters of screw presses in order to improve the efficiency of solid biofuel production.