Performance analysis of pumping viscous fluids with complex rheological properties using a screw conveyor

• Autorzy: Miastkowski K. , Bakier S.

Warianty tytułu

PL

Analiza wydajności transportu płynów o złożonych właściwościach reologicznych za pomocą przenośnika ślimakowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The work concerns analysis of a single screw feeder working in special conditions as a conveyor of fluids with high viscosity and pseudoplastic properties. The research was carried out on the transport of Newtonian and non-Newtonian pseudoplastic fluids using the original construction of the screw conveyor depending on the angular velocity of the screw and the rheological properties of the fluids being pumped. The testing material involved honey in its liquid i.e. non-Newtonian form and partially crystallized one (power-law fluid). The dynamic viscosity of the pumped medium (Newtonian fluid) was in the range η ∈ (1.66; 4.43) Pa s. The value of the non-Newtonian power-law fluid consistency coefficient was contained within m ∈(2.562; 9,422) Pa sn, and the flow index n∈(0.856; 0.975). As a result of comparative analysis, a significant difference between the performance of the conveyor was shown as a function of the rheological properties of the pumped medium. The special effect of the research concerns the determination of the impact of the angular velocity of the screw and the force of inertia on the actual performance of the feeder. It was found that each viscosity value of the medium has its corresponding minimum angular velocity of the screw at which the fluid transport is carried out. It was demonstrated that the screw feeder can act as a conveyor of high viscosity fluids.

PL

Praca dotyczy analizy działania przenośnika jednoślimakowego w nietypowych warunkach - jako transportera płynów o dużej lepkości i właściwościach pseudoplastycznych. Przeprowadzono badania transportu płynów newtonowskiegi i nienewtonowskiego pseudoplastycznego przy wykorzystaniu oryginalnej konstrukcji transportera ślimakowego w zależności od prędkości kątowej ślimaka i właściwości reologicznych przetłaczanych płynów. Jako materiał transportowany zastosowano miód w postaci płynnej (płyn newtonowski) oraz częściowo skrystalizowanej (płyn potęgowy). Lepkość dynamiczna przetłaczanego medium (płyn newtonowski) należała do przedziału η∈(1,66; 4,43) Pa s. Wartość współczynnika konsystencji płynu nienewtonowskiego (potęgowego) zawierała się w granicach m∈(2,562; 9,422) Pa sn, a wskaźnik płynięcia n∈(0,856;0,975). W wyniku analizy porównawczej wykazano istotne różnice pomiędzy wydajnością przenośnika w funkcji właściwości reologicznych przetłaczanych mediów. Różnice były tym większe im niższa była lepkość przetłaczanej cieczy. Szczególnym efektem pracy jest określenie wpływu prędkości kątowej ślimaka i siły bezwładności na wydajność tłoczenia. Wykazano, że każdej wartości lepkości medium odpowiada minimalna prędkość kątowa ślimaka, przy której następuje transport płynu. Dowiedziono tym samym, że przenośnik ślimakowy może pracować jako transporter cieczy o dużych lepkościach.

Słowa kluczowe

EN

screw conveyor; Newtonian fluid; pseudoplastic fluid; hydraulic transport; rheological properties

PL

przenośnik ślimakowy; płyn newtonowski; płyn pseudoplastyczny; transport hydrauliczny; właściwości reologiczne

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 63, nr 4
• Strony: 117--120
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Miastkowski K.

• Bialystok University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Department of Agri-Food Engineering and Environmental Management, ul. Wiejska 45E, 15-351 Białystok, Poland

autor

Bakier S.

• Bialystok University of Technology, Faculty of Forestry in Hajnówka, ul. Pilsudskiego 8, 17-200 Hajnówka,

Bibliografia

• [1] Alves M. V. C., Barbosa Jr. J.R., Prata. A. T. (2009). Analytical solution of single screw extrusion applicable to intermediate values of screw channel aspect ratio. Journal of Food Engineering, 92, 152-156.
• [2] Bakier S. (2008). Badania właściwości reologicznych miodu w postaci skrystalizowanej. Wydawnictwo SGGW, Warszawa.
• [3] Barwicki J., Romaniuk W. (2008). Teoretyczne aspekty przebiegu procesu transportu materiałów rolniczych za pomocą przenośników śrubowych. Problemy Inżynierii Rolniczej, 4.
• [4] Bieńczak A., Chruściński W. (2012). Badania przepływu cieczy nienewtonowskich w pompach o różnych elementach roboczych. Poznań, PIMR, 4.
• [5] Bieńczak A., Szczepaniak, J., Wilkońska M. (2012). System transportu cieczy o różnych lepkościach w spożywczych zakładach produkcyjnych. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna, 6.
• [6] Gerlach K. (2000). Wybrane aspekty przemieszczania substancji spożywczych o złożonej strukturze w dozownikach i przenośnikach ślimakowych. Zeszyty Naukowe. Mechanika / Politechnika Opolska, z. 61, 113-118.
• [7] Goltz C. (2001). Effect of Ultrasonic Liquefaction on the Rheological and Thermal behavior of Crystallized Honey. Bachelor of Engineering, Chemical. University of Queensland, Australia, 1-22.
• [8] Le Roux B., Vergnes B. A. (1995). Thermomechanical Approach to Pasta Extrusion. Journal of Food Engineering, 26, 351-368.
• [9] Lehmann S., Jankowski T. (2002). Badania przydatności pompy wyporowej nowej konstrukcji do przetłaczania cieczy o strukturze wrażliwej na oddziaływania mechaniczne. Inżynieria Rolnicza, 9, 157-162.
• [10] Li Y., Hsieh F. (1996). Modeling of Flow In a Single Screw Extruder. Journal of food Engineering 27, 353-375.
• [11] Oraian M. (2013). Measurement, prediction and correlation od density, viscosity, surface tension and ultrasonic velocity of different honey types at different temperature. Journal of Food Engineering, 119, 167-172.
• [12] Ratajczak W. (2013). Wpływ właściwości reologicznych wybranych cieczy spożywczych na moc ich mieszania przy zastosowaniu różnych mieszadeł. Inżynieria Rolnicza, Z. 1(141), T. 1.
• [13] Rieger F., Rzyski E. (2005). Power consumption of a screw agitator used in an evaporating crystallizer. Agricultural Engineering, 9 (69), 15.
• [14] Sikora M., Adamczyk K, Krystyjan M. (2011). Tiksotropia miarą niestabilności ciekłych produktów żywnościowych. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 1 (74), 5-14.
• [15] Sikora R., Sasimowski E. (2002). Analiza geometrycznokinematyczna przepływu w ślimakowym układzie uplastyczniającym. Polimery, 47, 2, 117-121.
• [16] Sopade P.A, Halley P.J., Bhandari B., D’arcy B.R., Doebler C., Caffin N. (2002). Application of the Williams-LandelFerry model to the viscosity-temperature relationship of Australian honeys. Journal of Food Enginering, 56:67-75.
• [17] Steller R. (2009). Przepływ uogólnionych cieczy newtonowskich w kanale ślimaka układu uplastyczniającego wytłaczarki. Polimery, 54, 4, 288-295.
• [18] Stręk F. (1981). Mieszanie i mieszalniki. WNT, Warszawa, 1981.
• [19] Stręk F., Masiuk S., Łącki H., Kamińska J. (1994). Mieszanie cieczy pseudoplastycznych mieszadłem wstęgowym. Inżynieria chemiczna i procesowa, 1994, 1, 3-13.
• [20] Wilczyński K. (2001). Reologia w przetwórstwie tworzyw sztucznych. WNT Warszawa.
• [21] Yanniotis S., Skaltsi S., Karaburnioti S. (2006). Effect of moisture content on the viscosity of honey at different temperatures. Journal of Food Engineering, 72: 372-377.