CC BY
22
тодом состояния влаги в древесине, показано значение полученных результатов для решения неотложных проблем древоведения. В частности, определена граница микрокапиллярной влаги и ее зависимость от температуры в диапазоне 10-90 °С, рассчитано количество адсорбированной и микрокапиллярной влаги на границе гигроскопичности. Описаны основные направления применения и перспективы развития технических средств и технологии с использованием ДИМ.
Ключевые слова: древесина; свободная, связанная, адсорбированная и микрокапиллярная влага, поляризация.
Borisov V.M., Kens I.R. Study of phase of moisture in the timber by the pulse dielcometric method
This article describes the principle of operation developed by the authors dielcometric pulse method (DPM), some results of the research with DPM the state of moisture in wood, shows the importance of the results for the solution of urgent problems of wood science. Specifically defined boundary microcapillary moisture and its dependence on temperature in the range 10-90 °C, the calculated amount of adsorbed and microcapillary moisture for border hygroscopicity. shows the basic directions of application and prospects of technical means and technologies using DPM.
Keywords: wood; free, bound, adsorbed and micro-capillary moisture, polarization.
УДК536.8:621.1 Доц. О.С. Мачуга, канд. ф1з.-мат наук;
студ. В.В. Драбик; студ. М.М. Панасюк - НЛТУ Украти, м. Льв1в
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ РОБОТИ Д1ЮЧО1 МОДЕЛ1 ДВИГУНА СТ1РЛ1НГА
Використання енерги вщновних джерел для потреб лiсозаготiвлi пов'язане з не-обхщшстю перетворення теплово! енерги вщ спалення вiдходiв деревини в мехашч-ну. Виршення такого завдання можливе зокрема за умови використання теплово! машини - двигуна Спрлшга. Подано результати експериментальних дослщжень ре-жимiв роботи та визначення деяких параметрiв моделi такого двигуна. Ц результати можна надалi використовувати шд час розроблення та впровадження енергетичних комплекшв, пов'язаних iз вщновними джерелами.
Ключовг слова: енерпя вщновних джерел, двигун Спрлшга, експеримент.
Вступ. Ефективне використання енерги вщновних джерел передбачае споживання 11 не тшьки у вигляд1 тепла для опалювання виробничих та жит-лових примщень, але 1 як заиб забезпечення мехашчною енерпею машин та обладнання, зокрема у люовш промисловосп [1]. Це зможе привести як до покращення еколопчного стану довкшля, так 1 до здешевлення продукцл, ос-кшьки актуальш енергетичш засоби з невщновних джерел - рщю палива та електроенерпя, добут шляхом спалення вугшля чи природного газу, пере-роблення нафти або внаслщок ядерно! реакци - частково або повнютю можна замшити енергетичними засобами вщновних джерел: бюмаса (вщходи л1со-загот1вл1 та люоперероблення) та пдроресурси малих р1чок [2, 3]. Один 1з напрям1в перетворення теплово! енерги згоряння бюмаси в мехашчну енер-пю - використання теплових машин, пов'язаних 1з термодинам1чним циклом Спрлшга.
Основний виклад. Об'ект дослщження - д1юча модель двигуна Спрлшга акустичного типу (рис. 1).
Рис. 1. Фото дтчо1 модел двигуна Ст1рлтга акустичного типу: 1) основа;
2) велике махове колесо кривошипно-шатунного мехатзму; 3) мале колесо;
4) штовхач; 5) поршень; 6) охолоджувач; 7) цилтдр (скляна жаросттка колба);
8) металева фольга (розсжач полум'я); 9) металева стружка (теплоакумулятор)
Робота моделi двигуна вщбуваетъся подальшим чином. Пюля запалю-вання палива (сухого спирту) та досягнення полум'ям вщповщно! штенсив-носп, поршш здшснюють зворотно-поступальний рух, викликаючи обертання малих та великого махового колю. Швидюсть обертання зростае вiд нуля до деяко! максимально! величини, яка залежить вiд конструктивних особливос-тей модели термодинамiчних процешв, що вiдбуваються пiд час роботи та су-марних сил опору, зокрема опору повггря. На рис. 2 подано дiаграми залеж-ност частоти обертання великого махового колеса вщ часу горiння палива.
п,с А в 1
1
а/ 1 4J
[| □I \
[ \ } )
У / \
1 2 V \
Га / 1
О
60 70 80 90 100 N0120 130 140 350 400 450 (.с Рис. 2. Дiаграма залежност частоты обертання великого махового колеса п вид часу гортня палива 1:1) початок гортня; 2) початок обертання колеса;
3) досягнення максимальноI швидкостi обертання; 4) початок сповыьнення
На рис. 2 крива I вщповщае робот моделi двигуна Спрлшга без зов-шшнього навантаження, кривi II, III побудовано для випадюв розмщення до-даткових мас на зовшшньому колi великого махового колеса (тП = 10г = 0,01кг, тш = 20г = 0,02кг ). Частоту визначали шляхом сповшьнен-ня вщеоофжсацп дослщу.
Характеристики роботи дж>чо! моделi двигуна Спрлшга отримано з диференцiйного рiвняння обертання руху твердого тiла навкруг нерухомо! осi [4]:
3- momFi, (1)
йг i
де: 3 - сумарний осьовий момент шерцп махових колю; йт - змiна кутово! швидкостi протягом малого промiжку часу йг, ^ momFi - сума моментiв усх
i
дiючих сил вiдносно ос обертання. Для розглядуваного випадку
^ momF1 = Мкр - МОП - МОп, (2)
i
де: МКР - крутний момент, який надаеться штовхачами поршнiв двигуна ма-ховим колесам; М1оП - сумарний момент опору сил мехашчного тертя; МрП -теж саме для сил опору повиря. 1з зiставлення виразiв (1) та (2) отримаемо:
МКР = + МОП + МОп, (3)
аг
1з (3) для дiлянки АВ дiаграми (рис. 2), в припущены що обертання махового колеса е рiвноприскореним, а сума моментiв ушх дiючих сил - пос-тшна протягом розглядуваного промiжку часу, приймаючи МрП «0, отри-муемо:
МКР = 3-ат+ М1п, (4)
аг
■ _ . йт
а на дiлянцi 3-4, де кутове пришвидшення е = — « 0 :
йг
МКР = МОП + М^п . (5)
Для обчислення крутного моменту визначено сумарний осьовий момент шерцп:
3 = 31 + 2-З2 + 3т -3ОТВ , (6)
де: 31 - момент шерцп великого махового колеса без врахування отворiв у ньому (матерiал - сталь), 32 - момент шерцп малого махового колеса (матерь ал - дюралюмшш), 3т - момент шерцп додатково! точково! маси у випадках II та III, 3ОТВ - сумарний момент шерцп усх точкових мас, що вщповщають отворам у великому колесь Геометричнi розмiри колiс розглядувано! моделi подано вiдповiдно до схеми (рис. 3): Я = 4,65-10-2м, ¿=0,9 -10-2 м, й1=3,95 -103 м, й=4,45-10-3 м, й^^Ю"3 м, d2=d3=5•10"3 м; радiуси центрiв отворiв у великому маховому колес (на схемi не показано): Я1=1,5^10-2 м, Я2=2,37^10"2 м, Я3=3,1240"2 м, й0=6,6-10"3 м, г=2,44^10"2 м.
Осьовi моменти шерцп обчислюють за такими виразами:
31 = п-рст-[Я4-Ь-(Я-5)4-(Ь - ¿>1)] , 32 = п-Рда-3m = m - Я2,
3ОТВ = 2-п-рст-(Ь - Ь)-( Я? + 2-Я22 + Я32), (7)
де рст, рда - густина сталi та дюралюмшш вщповщно. Июля виконання обчис-лень з (6) та (7) отримуемо: 31 = 3,35-10-4кг-м2 для випадку m = 0; 3П = 3,57 -10-4кг - м2 для випадку m = m^г; 3Ш = 3,78 -10-4кг - м2 для випадку m = mш.
в
Рис. 3. Схема махових колш: а, б - велике, в - мале Момент сил опору, викликаних мехатчним тертям МХ0П (в припущен-ш, що МХ0П е однаковим як для стану спокою, так i для обертання колеса в невеликому швидюсному дiапазонi), визначено зпдно зi схемами (рис. 4). Встановлено, що т0 = 13,5г = 0,0135 кг - маса розглядуваного тягарця, який викликае початок обертання махового колеса, тодi МХ0П = О • Я = 6,16 • 10-3Я • м.
Рис. 4. Схема для визначення МХ0П, де G = m0 • g - вага вантажу m0
Кутове пришвидшення s на дшянщ АВ (рис. 2) можна визначити в припущенш його незмшностг s = const, тодi da = Aa = 2 nAn' dt = At. На рис. 5 подано залежшсть характеристик моделi двигуна: MКР, М})П та Nmax = Mkp • 2 • п • nmax вiд маси тягарця на великому маховому колес - m.
М^ЮООНм М2оп 1000Нм 6 N„„„- К) Вт 5
4 3 2 1
0 0,01 0,02 т^кг Рис. 5. Характеристики Modeni двигуна Стiрлiнга
Для забезпечення розгону двигуна вщ 0 до nmax використано теплову енергш вiд згоряння частини двох таблеток сухого спирту. З аналiзу вщеома-терiалiв ^дуе, що велике колесо моделi починае обертатись тодi, коли виго-рае ~ 8 % об'ему палива, час розгону колеса до максимально! швидкост ~ 55-65 с, за цей час вигорае ~ 25 % об'ему таблеток. Отже, на дшянщ 2-3 дiаг-
рами, згорае ~ 17 % початкового об'ему цього палива. Вважаючи в розгляду-ваних iнтервалах iнтенсивнiсть горiння постшною, визначимо, що на дiлянцi АВ дiаграми вигорае близько 5,5 % об'ему палива. Теплотворна здатнсть двох таблеток уротротну Q = q-m = p-q-V = 6,59-105Дж, де р = 1330кг/мъ-
його густина [5], q = 31,3—^— - теплотворна здатнють [6], V = 1,583-10-5м3 -
кг
об'ем двох таблеток сухого спирту.
Коефщент корисно! дп п моделi двигуна визначимо iз вiдношення:
П= МКР^ПП, (8)
a-Q /T
де а - вщсоток вигорання сухого спирту протягом часового штервалу Т. З (8) випливае, що коефщент корисно! дп прямо пропорцiйний до швидкостi обертання махового колеса та змшюеться вiд нуля до певного максимального значення nmax. Для розглядуваного випадку залежнiсть щтах вiд маси тягарця m наведено на рис. 5.
Анал1з отриманих результат1в. Робота моделi двигуна Стрлшга вка-зуе шлях отримання меха^чно! енергй iз теплово! енергй, джерелом яко! мо-же бути бюмаса - вiдходи лiсозаготiвлi та перероблення деревини. Висхдний характер побудованих кривих свщчить про навантажувальну функцiю зов-нiшнiх зусиль: iз збiльшенням корисного навантаження на двигун, його сило-вi характеристики - крутний момент та потужнсть - зростають. Тому од час подальших дослiджень потрiбно розширити дiапазон та вид зовн^щх наван-тажень на двигун.
Невисокi значення коефiцiента корисно! дп пояснюемо значними нез-воротними тепловими втратами пiд час передачi тепла вiд згорання палива в робочу зону двигуна та втратою теплово! енергй в охолоджувачi. Збшьшення ефективностi роботи моделi можливе за рахунок модерщзацп зони згорання палива, контролювання iнтенсивностi його горiння шляхом регулювання доступу повiтря. Для практичного защкавлення двигуном потрiбно використову-вати бiльш довговiчнi матерiали для його корпусу. Певний штерес викликае порiвняльний аналiз характеристик iнших тишв двигуна Стiрлiнга
Л1тература
1. Библюк Н.1. Про використання гидроприводу у вщбор1 та передач! енергй вщновних джерел у люозаготвлг Зменшення тепловидшення / Н.1. Библюк, Н.Н. Библюк, О.С. Мачуга // Промислова гщравлжа та пневматика. - 2007. - № 4(18). - С. 12-15.
2. Мачуга О.С. Засади штегрованого використання енергй вщновних джерел у люозаго-твл1 / О.С. Мачуга // Науковий вюник НЛТУ Укра!ни : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : РВВ НЛТУ Укра!ни. - 2010. - Вип. 20.7. - С. 58-64.
3. Библюк Н.1. Розроблення технологи штегрованого використання р1знорщних вщнов-них джерел енергй у люозаготвл^ транспортуванн1 та первиннш переробщ деревини : звгг про наук.-дослщну роботу ДБ № 08.15-26-10 (заключний) / Н.1. Библюк, О.С. Мачуга, О.А. Стиран1вський, М.1. Герис, А.А. Бойко, М.М. Борис, та ш. / Мшютерство освгги i науки, молод1 та спорту Укра!ни, НЛТУ Укра!ни, Львiв, 2011. - 93 с.
4. Павловський М.А. Теоретична механка : пщручник / М.А. Павловський. - К. : Вид-во "Технiка". - 2002. - 512 с.
5. [Електронний ресурс]. - Доступний з Ьйр^/ик^Ирейа.о^/^аИ/Уротропш.
6. [Електронний ресурс]. - Доступний з Ьйр^/ги^Крейа.о^/^аИ/Гексаметилентетрамин.
Мачуга О.С., Драбык В.В., Панасюк Н.Н. Исследование особенностей работы действующей модели двигателя Стирлинга
Использование энергии возобновляемых источников для нужд лесозаготовки связано с необходимостью превращения тепловой энергии от сжигания отходов древесины в механическую. Решение такого задания возможно в частности путем использования тепловой машины - двигателя Стирлинга. Представлены результаты экспериментальных исследований режимов работы и определения некоторых параметров модели такого двигателя. Эти результаты могут в дальнейшем использоваться при разработке и внедрении энергетических комплексов, связанных с возобновляемыми источниками.
Ключевые слова: энергия возобновляемых источников, двигатель Стирлинга, эксперимент.
Machuga O.S., Drabyk V.V., PanasyukM.M. The stirling engine operating model's work characteristics investigation
The renewable energy sources using for logging purposes is connect with the necessity to convert thermal energy from burning wood waste into the mechanical energy. Solving this problem is possible in particular by using the heat machine - Stirling engine. The investigation results by the experimental way of the engine's model work modes and definitions of their some parameters are present in this article. These results may be used further during the development and implementation connected with the energy renewable sources complexes.
Keywords: renewable sources energy, the Stirling engine, the experiment.
УДК 004.942:674.047 Астр. Ю.В. Прусак1 - НЛТУ Украгни, м. Льв1в
МОДЕЛЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ I ВОЛОГОСТ1 У ПРОЦЕС1 СУШ1ННЯ КАП1ЛЯРНО-ПОРИСТИХ Т1Л 13 ВИКОРИСТАННЯМ ЗАКОНУ ДАЛЬТОНА
Наведено математичну модель для дослщження розждалу температури i воло-гост у деревиш в процес сушшня. Граничш умови, яга описують взаемодто дереви-ни з агентом сушшня, записано на основi закону Дальтона. На основ1 рiзницевих ме-тод1в наведено алгоритм для чисельно! реалiзацii математично! модели
Ключовг слова: математична модель, закон Дальтона, сушшня кашлярно-по-ристих матерiалiв, вологоперенесення, рiзницевий метод, метод прогонки.
Для моделювання вологоперенесення у процеш сушшня капшярно-по-ристих матер1ал1в переважно використовують диференщальш р1вняння пере-несення вологи [1, 2] з лшшними граничними умовами Ньютона, коли штен-сивнють масообм1ну м1ж висушуваним матер1алом та агентом сушшня е про-порцшною р1знищ м1ж вологовмютом на поверхш матер1алу ип 1 р1вноваж-ним вологовмютом ир:
к = в( (т)- ир), (1)
де р - коефщент вологоперенесення, вщнесений до перепаду вологовмюту.
Такий тдхщ дае змогу отримувати аналiтичнi та чисельш розв'язки р!внянь масоперенесення, яю наведено як у вичизняних, так i закордонних
1 Наук. кер1вник: проф. Я.1. Соколовський, д-р техн. наук
