Study of water heating efficiency in cavitation mode at the initial stage of grain molasses preparation

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Grain molasses is a valuable source of digestible protein and feed sugar for farm animals. At the initial stage of production of this feed mixture, the existing devices and water heating schemes are not effective enough. Therefore, a new passive-type device for accelerated heating of water has been developed.

AIM: Evaluation of efficiency of a cavitator for heating water at the grain molasses production plant.

METHODS: In order to conduct studies, a cavitator made in the form of a cone with vanes, the apex angle of which is 16°8ʹ, is installed in a glass pipe of the injection branch of the water circuit of the plant for the preparation of grain molasses. During the experiments, the vanes were installed in the pipe straight or bent by 15°. In laboratory conditions, a comparative experiment was carried out to heat water with a volume of 50 liters, starting from its temperature of 20°C and through each degree to 30°C, both with and without the cavitator. The process efficiency criteria were: time and specific energy consumption of water heating.

RESULTS: As a result of the conducted studies, the values of the efficiency criteria for the water heating process with and without the cavitator are found. Linear dependence of water temperature on heating time is obtained. It has been shown that the created cavitation effect behind the base of the cone is not stable, but still more intense behind the cone with straight petals. It is noted that the coefficient of hydraulic resistance for the cavitator with vanes bent by 15 ° is 10% greater than with straight ones.

CONCLUSIONS: Use of a cavitator when heating water at the initial stage of preparing grain molasses increases efficiency of the process by 20%.

About the authors

Vladimir N. Nechaev

Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics

Author for correspondence.
Email: nechaev-v@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-7566-6013
SPIN-code: 9562-7900

Associate Professor, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor of the Technical and Biological Systems Department

Russian Federation, Knyaginino

Alexey V. Aleshkin

Vyatka State University

Email: usr00008@vyatsu.ru
ORCID iD: 0000-0002-6949-1480
SPIN-code: 5084-5478

Professor, Dr. Sci. (Engineering), Professor Professor of the Mechanics and Engineering Graphics Department

Russian Federation, Kirov

Peter A. Savinykh

Federal Agrarian Scientific Center of the North-East named after N.V. Rudnitsky

Email: peter.savinyh@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5668-8479
SPIN-code: 5868-9317

Professor, Dr. Sci. (Engineering), Head of the Mechanization of Animal Husbandry Laboratory

Russian Federation, Kirov

References

  1. Sysuev VA, Aleshkin AV, Savinyh PA. Feed preparation machines (theory, idea, experiment): [2 Vols.]. Kirov: NIISKH Severo-Vostoka; 2008. T. 1. (In Russ).
  2. Morozov NM, Rasskazov AN. Competitiveness of livestock products – state and directions of increase. Nikonovskie chteniya. 2017;22:59–65. (In Russ).
  3. Morozov NM. Development of computer technologies and technical means for mechanization and automation of processes in animal breeding. Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2013;8:2–7. (In Russ).
  4. Perevozchikov AV, Vorob’eva SL, Berezkina GYu. Influence of grains in cows rings on qualitative characteristics of raw milk and products of its treatment. Agrar. vestn. Urala. 2019;186(2):51–58. (In Russ). doi: 10.26897/2687-1149-2023-3-41-48
  5. Nechaev VN. Optimising the setting parameters of a passive grinder used for rye molasses preparation. Agroinzheneriya. 2023;25(3):41–48. (In Russ). doi.org/10.26897/2687-1149-2023-3-41-48
  6. Basymbekova A, Kabylbekova BN, Amanbaeva KB. Water rigidity and its influence on the formation of scale deposits in the pipelines of heat supply systems. Nauchnye trudy YUKGU im M Auezova. 2016;3(38):6–8. (In Russ).
  7. Alekseev V, Arkhipov A, Piskunov D, et al. Water treatment of process systems of steam and hot water boilers: water rigidity and measurement method. TekhNadzor. 2016;1(110):224–225. (In Russ).
  8. Aganin AA, Il’gamov MA, Kosolapova LA, et al. Collapse of a cavitation bubble in fluid near rigid wall. Vestnik Bashkirskogo universiteta. 2013;18(1):15–21. (In Russ).
  9. Isakov AYa, Ryabtsev KA. Vortex cavitation in technological devices. Vestnik KamchatGTU. 2003;2:207–214. (In Russ).
  10. Idel’chik IE. Spravochnik po gidravlicheskim soprotivleniyam. Moscow: Mashinostroenie; 1992. (In Russ).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Laboratory setup: а — general view; b — setup layout.

Download (299KB)
3. Fig. 2. The cavitator: а — layout: 1 — cone; 2 — vanes; b — general view (petals bent by 15°); c — inside a glass pipe with straight vanes.

Download (353KB)
4. Fig. 3. Time of water heating up to 30°С.

Download (111KB)
5. Fig. 4. Average values of specific energy consumption of water heating.

Download (122KB)
6. Fig. 5. Cavitation process diagram.

Download (70KB)
7. Fig. 6. Sequential frames of recording the cavitation process (from left to right) by a high-speed camera in the water temperature range from 20 to 30°С: а — the cavitator with straight vanes; b — the cavitator with vanes bent by 15°.

Download (503KB)
8. Fig. 7. Images of tube thermograms with the cavitator during water heating with thermal imaging sight before/after the cavitator: а — temperature is 20,1°C/21,2°C; b — temperature is 26,2°С/26,9°С; c — temperature is 28,7°С/29,4°С.

Download (2MB)

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».