CC BY
56
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН
2006, том 49, №7
ФИЗИКА
УДК 536.22
Академик АН Республики Таджикистан Р.Марупов*, К.С.Мухиддинов, М.И.Салахутдинов ЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕПЛОЕМКОСТЬ, ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ И ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТЬ ХЛОПКА-СЫРЦА СОРТА 9326-В И ЕГО КОМПОНЕНТОВ
С момента сбора и до получения конечного продукта хлопок-сырец подвергается ряду операций, целью которых является сохранность его природных свойств. Хлопок-сырец обычно обладает повышенной влажностью. При длительном хранении или при переработке влажного хлопка-сырца ухудшаются качество волокна и семян. Поэтому хлопок-сырец повышенной влажности обязательно сушат. Мы будем считать компонентами хлопка-сырца его волокно, семена, кожуру и ядра семян.
Наиболее эффективным способом сушки является конвективный способ. Процесс сушки хлопка-сырца этим способом требует знания его удельной изобарной теплоемкости, а также удельной изобарной теплоемкости семян, коэффициента теплопроводности кожуры и коэффициента температуропроводности ядра [1].
В данной работе представлены результаты измерения удельной изобарной теплоемкости Ср, коэффициентов температуропроводности Я и температуропроводности а хлопка-сырца тонковолокнистого хлопчатника сорта 9326-В (автор - Б.Сангинов) и обсуждается вопрос о возможности применения этих результатов в технологическом процессе сушки хлопка-сырца.
Удельная изобарная теплоемкость измерялась на промышленной установке ИТ Ср-400, а коэффициент теплопроводности - на промышленной установке ИТ Я-400 методом монотонного разогрева с погрешностью 3.3%. Коэффициент температуропроводности измерялся методом регулярного теплового режима на лабораторной экспериментальной установке с погрешностью 4.2%. Результаты измерений в интервале температур 298-348 К опубликованы в работе [2]. В данной работе они дополнены результатами измерений в интервале температур 348-423 К. До таких высоких температур хлопок-сырец при сушке не нагревается. Максимальная температура нагрева хлопка в сушилках равна 650С. Тем не менее высокотемпературные измерения нами были выполнены для того, чтобы установить чувствительность теплофизических параметров к химическим, биологическим и структурным изменениям в компонентах хлопка-сырца, приводящим к ухудшению их технологических свойств.
В измерительных ячейках при измерении теплофизических параметров компонентов хлопка-сырца помимо компонента содержится воздух. Следовательно, мы измеряем эффек-
тивный теплофизический параметр двухкомпонентной системы. Хлопок-сырец в этом смысле представляет собой четырехкомпонентную систему. Если же до проведения измерений прессовать компоненту под высоким давлением, чтобы избавиться от воздуха, то нарушится структура компонентов и это приведет к искажению результатов. Следовательно, надо искать неразрушающие способы определения истинных теплофизических параметров. Вероятнее всего истинные значения теплофизических параметров удастся определить, исследуя экспериментально зависимость этих параметров от пористости материала т2 = У2/У [3] (V- объем измерительной ячейки, V2 - объем воздуха в порах между материалом компонента) в некотором интервале пористости и экстраполируя результаты к т2 = 0. В наших экспериментах мы проводили такую утрамбовку компонентов в ячейке, при которой еще не нарушается их структура. Перед началом эксперимента определяли массы компонентов при такой упаковке и при всех измерениях закладывали в ячейку такое количество материала. Соответствующую пористость материала теперь можно легко определить, если спрессовать компоненту в форме прямоугольного параллелепипеда или цилиндра, затем найти его истинный (собственный) объем.
Все измерения проведены нами при постоянных пористостях материалов, и все результаты, приведенные в таблице, и выводы будут справедливы только при значениях пористости, соответствующих максимальной утрамбовке компонентов без нарушения их структуры.
Таблица
Температурные зависимости эффективных удельной изобарной теплоемкости Ср (Дж/(кг К)), коэффициента теплопроводности Я (Вт//(м К)) и коэффициента температуропроводности а (10- м2/ч) хлопка-сырца 1-го сорта (а), 11-го сорта (б) и 111-го сорта (с) хлопчатника сорта 9326-В и его компонентов а)
Т,К Хлопок-сырец Волокно Семена Ядро семян Кожура семян
298 985.1 1441.1 854.6 482.6 844.5
323 1187.3 1532.9 881.2 568.2 865.6
Ср 348 1374.9 1645.8 930.1 671.5 919.3
373 1618.5 1787.0 1065.1 761.6 1062.4
398 1795.0 1998.7 1354.7 918.22 1275.6
423 1899.5 2314.6 1602.15 1348.6 1524.6
298 0.044 0.045 0.386 0.307 0.263
323 0.054 0.052 0.398 0.324 0.279
л 348 0.081 0.062 0.421 0.362 0.303
373 0.105 0.077 0.451 0.410 0.331
398 0.136 0.098 0.506 0.476 0.381
423 0.158 0.116 0.577 0.564 0.456
298 0.418 0.070 0.498 0.307 0.416
323 0.429 0.073 0.560 0.324 0.432
а 348 0.451 0.076 0.632 0.362 0.451
373 0.476 0.079 0.719 0.41 0.476
398 0.506 0.083 0.813 0.476 0.506
423 0.541 0.0847 0.912 0.564 0.541
б)
Т,К Хлопок-сырец Волокно Семена Ядро семян Кожура семян
298 869.4 1382.6 742.4 438.5 740.5
323 1056.0 1476.1 765.5 529.6 759.9
Ср 348 1242.6 1581.0 827.5 638.8 814.6
373 1476.1 1713.3 934.3 726.9 922.6
398 1685.3 1897.5 1183.2 856.9 1123.5
423 1804.0 2168.7 1425.6 1217.5 1408.5
298 0.035 0.043 0.364 0.283 0.250
323 0.049 0.048 0.374 0.298 0.269
1 348 0.071 0.056 0.392 0.331 0.278
373 0.093 0.069 0.418 0.377 0.307
398 0.121 0.085 0.456 0.435 0.353
423 0.143 0.103 0.506 0.522 0.415
298 0.403 0.069 0.451 0.283 0.403
323 0.415 0.071 0.501 0.298 0.415
а 348 0.435 0.074 0.569 0.331 0.435
373 0.458 0.077 0.636 0.377 0.459
398 0.485 0.081 0.729 0.441 0.482
423 0.516 0.082 0.845 0.522 0.516
с)
Т,К Хлопок-сырец Волокно Семена Ядро семян Кожура семян
298 773.5 1295.3 648.2 390.4 670.3
323 927.1 1378.9 671.1 476.3 689.8
Ср 348 1106.8 1489.4 734.2 582.4 729.4
373 1300.5 1613.0 821.5 678.4 843.4
398 1526.4 1775.0 1052.7 799.2 1012.5
423 1648.0 2041.1 1308.4 1100.5 1288.4
298 0.036 0.041 0.348 0.268 0.236
323 0.044 0.045 0.350 0.276 0.241
л 348 0.058 0.052 0.369 0.309 0.259
373 0.078 0.063 0.392 0.351 0.284
398 0.097 0.075 0.423 0.409 0.329
423 0.116 0.086 0.462 0.476 0.381
298 0.393 0.067 0.403 0.261 0.391
323 0.402 0.070 0.441 0.276 0.401
а 348 0.421 0.073 0.498 0.309 0.416
373 0.441 0.076 0.572 0.351 0.439
398 0.464 0.078 0.663 0.409 0.462
423 0.491 0.080 0.751 0.476 0.491
Известно, что повышенные температуры ухудшают свойства волокна и семян хлопка-сырца. Предельно допустимой температурой нагрева волокна является температура 70-750С, так как волокно содержит жиро-восковые и пектиновые вещества с температурой плавления 65-800С. Для семян предельно допустимая температура нагрева составляет 45-500С, так как при более высоких температурах белок в ядре семени хлопка-сырца начинает свертываться.
Как следует из анализа данных таблицы, при повышенных температурах, превышающих предельные температуры нагрева компонентов хлопка-сырца, в температурной зависимости теплофизических параметров появляются отклонения от монотонности, обусловленные возникновением химических, биологических и структурных изменений в компонентах.
Сильнее всего реагирует на эти изменения изобарная теплоемкость хлопка-сырца и его компонентов.
Так как мы измеряем не истинные теплофизические параметры компонентов хлопка-сырца, а эффективные, то возникает вопрос о возможности их использования при расчете технологического процесса сушки хлопка-сырца.
Анализ условий в измерительной ячейке и условий, при которых находится хлопок-сырец при сушке, привел нас к заключению, что измеренные эффективные изобарные теплоемкости хлопка-сырца и семян хлопка-сырца при определенной пористости будут близки к соответствующим значениям теплоемкостей при сушке. При сушке хлопок-сырец обтекается агентом сушки, состоящим из смеси воздуха с топочным газом или продуктом сгорания керосина. Однако внутри отдельной дольки, т.е. содержимого одной створки коробочки хлопчатника, волокна и семена не обтекаются агентом сушки при вращении барабана сушильной установки. Агент сушки в них неподвижен, как в измерительной ячейке при эксперименте. Что касается эффективной теплопроводности кожуры, то она за вычетом конвективной и лучистой составляющих потока тепла , тоже будет близка при определенной пористости к теплопроводности кожуры при сушке. Этого нельзя сказать об эффективной температуропроводности ядра, так как при сушке ядро окружено кожурой и не граничит с газом. Следовательно, требуется определить истинную температуропроводность ядра семян.
Таджикский технический университет Поступило 20.12.2006 г.
им. акад. М.С.Осими,
*Физико-технический институт им.С.У.Умарова АН Республики Таджикистан
ЛИТЕРАТУРА
1. Ульдяков А.И. Сушка хлопка-сырца. М.: Легкая индустрия. 1975, 144 с.
2. Мухиддинов К.С., Салахутдинов М.И., Сафаров М.М. Материалы Международной конф. по физике конденсированного состояния и экологических систем, посв. 15-ой годовщине государственной независимости Республики Таджикистан. Душанбе: ФТИ, 2006, с.72-74.
3. Дульнев Г.Н., Заричнян Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Л.: Энергия, 1974, 264 с.
Р.Марупов, К.С.Мухиддинов, М.И.Салохутдинов ГАРМОТУН^ОИШИ ХОСИ ИЗОБАРЙ, ГАРМИГУЗАРОНАНДАГЙ ВА ХДРОРАТГУЗАРОНАНДГИИ ЭФФЕКТИВИИ ПАХТАЙ НАМУДИ 9326-В ВА ЦИСМАТ^ОИ ОН
Даp мак;ола натичах,ои чен каpдани паpаметpx,ои гаpмофизикии (гаpмиFyнчоиши хоси изобаpй, коэффисиентх,ои гаpмигyзаpонандагй ва x,аpоpатгyзаpонандагЙ) пахтаи хоми намуди 9326-В ва к;исматх,ои он даp фосилаи 298-423 К оваpда шyдаанд. Масъалаи имконияти татбик;и ин натичах,о баpои х,исоби pаванди технологии хушккунии пахтаи хом мух,окима шудааст.
R.Marupov, K.S.Mukhiddinov, M.I.Salakhutdinov EFFECTIVE THERMAL CAPACITY, HEAT CONDUCTIVITY AND THERMAL DIFFUSIVITY OF RAW COTTON OF SORT 9326-В AND ITS COMPONENTS
In the paper presented measurement results of effective thermalphysic parameters (specific iso-baric thermal capacity, conductivity and thermal diffusivity coefficients) raw cotton of sort 9326-B and its components. The question on applicability of these results to calculation of technological process of raw cotton drying is discussed.
