З давніх-давен селяни використовували вітер для очищення зерна від лушпиння. Цей процес називається провіюванням, а пристрої для його здійснення – віялками.

Аеродинамічні властивості частинок зернової суміші характеризуються опором, який надає їхньому руху повітряне середовище. Частинки, що зустрічають більший опір, рухаються щодо повітряного потоку повільніше, ніж частинки, що зустрічають менший опір. Опір, який чинить руху частинки повітряне середовище, залежить від розмірів, форми і стану поверхні частинки матеріалу, його відносної швидкості і розташування, а також від стану повітряного середовища. Таким чином, принцип повітряної сепарації зерна заснований на відмінності в аеродинамічних властивостях компонентів зернової суміші. Розглянемо випадок, коли зерно з домішками падає зверху, а потік повітря спрямований горизонтально (рис. 4.1).

Рис. 4.1- Схема сортування в повітряному потоці, направленому горизонтально.

На кожну окрему частинку діють дві сили: G = mg – сила ваги; R – сила, що уносить частинку разом з потоком. Чим більше сила R, тим більше прискорення повідомить вона частинці і тим далі відноситься така частинка повітряним потоком.

Рівнодіюча F від складання сил G і R (рис.4.1) спрямована під кутом до горизонту, і чим більше сила G переважає над R, тим крутіше кут падіння частинки. Тому легкі частинки впадуть на горизонтальну поверхню далі, ніж важкі.

Коефіцієнт вітрильності може служити показником аеродинамічних властивостей тіла. Однак в якості ознаки розділення зернових сумішей за аеродинамічними властивостями частіше використовують інший показник – критичну швидкість, яка має більш простий фізичний зміст і може бути визначена безпосередніми вимірами.

Якщо в вертикальний повітряний потік (рис. 4.2) помістити кілька частинок зернової суміші, то кожна з них буде перебувати під дією сили ваги G, прикладеної до центру ваги, і сили опору R, що дорівнює підйомній силі повітряного потоку при русі частинки вгору або динамічному опору повітряного середовища при русі частинки вниз.

При турбулентному русі повітряного потоку, наприклад в пневмосепарувальних каналах, сила опору в основному залежить від динамічного впливу потоку на частинку і визначається за формулою Ньютона:                                               (8)                                                                                   де ξ– коефіцієнт аеродинамічного опору; FM – площа проекції частинки на площину, нормальну до вектору відносної швидкості  (менделєєв переріз), м2; p– густина повітря, кг/м3; v – відносна швидкість обтічної частки, м/с. У вертикальному висхідному потоці повітря сили ваги і сили опору, що діють на частинку, завжди спрямовані в протилежні боки, в зв'язку з чим існує три можливі випадки (рис. 10):

Рис.4.2-Розподіл зернової суміші за швидкостями витання часток: v1–абсолютна швидкість частинки; U – швидкість повітряного потоку.

1. R₁>G₁ – частинка рухається вгору;

2. R₁>G₂ – частинка знаходиться в рівновазі з потоком;

3. R₁>G₃ – частинка рухається вниз.

Таким чином, відношення R/G визначає напрямок руху частинки і свідчить про можливість розділення частинок повітряним потоком.

У випадку R/G = 1 відносна швидкість частинки дорівнює абсолютній швидкості повітряного потоку, але спрямована в протилежний бік.

Для всіх не кулястих частинок (зокрема, для зерен пшениці, жита, ячменю) значення швидкості витання може бути різним у залежності від орієнтування зернівки в потоці.

Середнє значення швидкості витання різних культур наведені в таблиці 1

 

Таблиця 1. Швидкість витання різних культур

Найменування культури	ʋвит, м/с	Найменування культури	ʋвит, м/с
Пшениця	8,6…11,5	Гречка	7,8…8,9
Крупка пшениці	2,0…2,2	Просо	7,5…8,8
Оболонки зернівок	0,4…0,8	Горох	15,5…15,8
Жито	8,5…10,5	Соняшник	7,5…8,5
Ячмінь	8,8…10,8	Кукурудза	12,5…14,5
Овес	7,5…10,5	Конопля	7,5…8,5

При розташуванні зернівки поздовжньою віссю у напрямку потоку, швидкість витання буде найменшою і навпаки, тобто вона залежить від площі меделєєва перерізу.

Різні швидкості витання компонентів суміші служать показником можливості їх поділу. Чим більше різниця між значеннями швидкостей витання компонентів, тим точніше може бути розділення даної суміші.

 

Оцінка показників процесу повітряного сепарування.

Технологічний ефект процесу пневмосепарування залежить від наступних основних параметрів:

• питомого навантаження;

• рівномірності швидкісного поля повітряного потоку в робочій зоні пневмоканала;

• рівномірності подачі початкового матеріалу;

• швидкості введення початкового матеріалу;

• швидкості повітряного потоку.

Величина навантаження, обчислюваного в кг/год на 1 м² перерізу каналу, залежить від об'ємної маси початкового матеріалу. Чим більше об'ємна маса, тим більше зернове навантаження можна дати пневмосепаруючому пристрою при отриманні того ж заданого технологічного ефекту. При цьому необхідно мати на увазі, що з підвищенням питомого зернового навантаження ефект розділення і чіткість сепарування погіршуються.

Встановлено, що з підвищенням середньої швидкості повітря зростає ступінь очищення зерна від дрібних домішок, проте при цьому різко збільшується винесення повноцінного зерна в легку фракцію, тобто знижується чіткість сепарування.

Тому при налаштуванні режиму роботи пневмосепаруючого пристрою необхідно звертати увагу на підбір середньої швидкості повітряного потоку. Критерієм такого підбору може служити припустимий вміст повноцінного зерна і легкої фракції.