CC BY
17
Гулида Э.Н., Лоик В.Б., ШерстинюкНЛ., Дмитрук Ю.С. Экспериментальная оценка огнезащитного эффекта вермикулит-силикатных плит для строительных несущих металлических конструкций
Предложено использование вермикулито-силикатных плит для повышения огнезащиты металлических конструкций. На основе проведенного эксперимента обоснована качественная оценка огнезащитного эффекта вермикулито-силикатных плит за счет химически-связанной воды в вермикулите. Проанализированы положительные и отрицательные стороны огнезащитного эффекта паровоздушной смеси в результате воздействия стандартного температурного режима пожара. Созданы предпосылки для дальнейшего исследования влияния температурного режима пожара на массо-теплоперенос паровоздушных смесей вермикулито-силикатной плиты с использованием численного моделирования физических процессов.
Ключевые слова: вермикулито-силикатные плиты, пассивное огнезащитное покрытие, огнезащитный эффект, химически-связанная вода, строительные несущие металлические конструкции.
Gulida Е.М., Loik V.B., Sherstynyuk N.L., Dmytruk Yu.S. Experimental Evaluation of the Effect of Fire-retardant Vermiculite - Silicate Plates for Bearing Metal Building Structures
The use of vermiculite-silicate plates to improve fire protection of metal structures is proposed. Qualitative assessment of the effect of flame retardant vermiculite-silicate plates by chemically-bound water in vermiculite is described based on the experiment conducted. Some positive and negative aspects of fire retardant effect of vapor from exposure standard temperature fire control are analysed. Preconditions for further study of the effect of temperature regime on fire heat exchange on mass vapour vermiculite-silicate plates using numerical modelling of physical processes are designed.
Keywords: vermiculite-silicate plate, passive fire protective coatings, fireproof effect, chemically-bound water, building bearing metal structures.
УДК 674.047 Президент €.П. Кунинець, канд. техн. наук - "Ено меблiЛТД", м. Мукачево; доц. О. О. Шепелюк, канд. техн. наук; асист. 1.Р. Шепелюк -
НЛТУ Украти, м. Львiв
Ф1ЗИЧН1 ОСОБЛИВОСТ1 КОНДУКТИВНОГО НАГР1ВАННЯ ТА СУШ1ННЯ ДЕРЕВИНИ
Розглянуто фiзичнi особливост кондуктивного названия i сушшня деревини. Пд час на^вання деревини вщбуваються ви елементарш види теплообмшу: теплоп-ровщшсть, конвекщя, теплове внпромшювання. Описано способи на^вання деревини i визначено найбшьш придатш для рiзних видш деревинних матерiалiв. Подано фiзичнi основи кондуктивного на^вання i сушшня деревини. Визначено вплив температури нагршно! поверхш на динамшу процесу на^вання i кшетику процесу сушшня. Досль джено, що на початку кондуктивного на^вання деревини тепло в матерiалi переноситься шляхом теплопровiдностi, а в подальшому основна частина тепла передаеться потоком пари, ентальпiя яко! е бшъшою за ентальпiю рщини. Розглянуто вплив на ш-тенсившсть кондуктивного нагршання i сушшня сили притискання нагршно! поверхнi до матерiалу та товщини матерiалу.
Ключовi слова: деревина, теплопровщшсть, конвекцiя, пароутворення, випарову-вання, температура, ентальшя, температурний градiент, теплове оброблення, сушiння, теплообмiннiсть.
Виклад основного матерiалу. Теплове оброблення i сушiння деревини використовують у виробнищга шпону i фанери, пиломатерiалiв i заготовок та
рiзних композицшних матерiалiв, у процесах гнуття, пресування та склеюван-ня. Теплове оброблення i сушiння е складними теплофiзичними процесами. П1д час нагрiвання деревини ввдбуваються елементарнi види теплообмiну: конвекция, теплопровiднiсть та теплове випромiнювання, якi в поеднаннi з фiзичними властивостями деревини та 11 структурною будовою утворюють складну фiзич-ну модель. Серед способiв нагр1вання деревини найбшьш поширеним е конвек-тивний за його доступнiстю та широким спектром використання для нагрiвання масивно! деревини (круглих лiсоматерiалiв, пиломатерiалiв i заготовок рiзнома-нiтного призначення). Радiацiйний та кондуктивний способи нагр1вання i су-шiння доцшьно використовувати у виробнищга тонких листових матерiалiв: шпону, паперу, картону тощо [1-3].
Кондуктивне нагрiвання i сушiння деревини характеризуеться передачею теплово! енергií на процес нагр1вання деревини i випаровування з не! воло-ги завдяки контакту матерiалу з нагр1вною поверхнею. У цьому випадку основ-ними параметрами, що визначають динамiку процесу нагрiвання на кiнетику процесу сушшня, е температура нагр1вно! поверхнi, стушнь (сила) 11 притискан-ня до поверхш матерiалу, товщина матерiалу та характер його поверхш (в основному, шорстккть) та параметри середовища, в якому вiдбуваеться процес нагрiвання i сушiння.
Температура нагрiвноí поверхш п), наприклад плит преса, е основним технiчним i технолопчним параметром, що впливае на тривалкть процесiв наг-р1вання i сушшня деревини. Вплив температури нагр1вно! поверхш на динамшу процесу нагр1вання i кiнетику процесу сушiння спостерiгаеться протягом всьо-го часу цих процеав.
Стушнь (сила) притискання контактно!' поверхш до матерiалу мало впливае на теплофiзичний аспект нагр1вання та сушшня, але мае iстотний вплив на стан поверхш матерiалу. Чим меншою е шорсткiсть поверхнi матерiалу, тим шдль-нiшим е контакт поверхш матерiалу з нагр1вною поверхнею й ефектившшою е передача тепла за рахунок теплопровщносп, що описуеться вiдповiдним р1внянням
д = -Л—, Вт/м2, (1)
dx
де: X - коефiцiент теплопровiдностi деревини, Вт/(м-°С); dt - рiзниця температур в деревиш (dt=t1-t2, де ^ - температура поверхнi деревини, яка контактуе з нагрiвною поверхнею, а ^ - температура поверхш деревини, що омиваеться се-
редовищем), °С; dx - товщина матерiалу м; д - площа поверхнi, через
2
яку передаеться тепло, м .
Однак передача тепла теплопроввднктю наявна тальки на початку процесу нагр1вання, коли температура деревини е малою ^д<100°С), тобто коли в се-рединi матерiалу не вiдбуваеться пароутворення. Тепло ввд нагрiвноí поверхнi передаеться контактом до матерiалу, в якому воно переноситься до вдарито! поверхнi. У першому перiодi процесу основна кiлькiсть тепла, що передаеться вщ нагрiвноí поверхш, йде на випаровування вологи, а частина втрачаеться у виглядi теплового випромшювання з вшьно! поверхнi та на конвекцда.
3. Технологя та устаткування лковиробничого комплексу
175
Таким чином, кнуе градieнт температури за товщиною матерiалу. Тобто в рiзних шарах матерiалу температура деревини не е однаковою, але протягом певного перюду тримаеться на одному рiвнi. Пкля цього, коли видаляеться (ви-паровуеться) зв'язана волога, то зростае потреба в тепловш енерги i температура деревини зменшуеться на 2-10 °С у всiх шарах матерiалу. Потiм швидкiсть сушiння рiзко зменшуеться, тому що зменшуються загальнi витрати тепла на випаровування, що, своею чергою, приводить до шдвищення температури деревини. У першому перiодi процесу сушiння густину теплового потоку, з дос-татньою точнiстю, можна визначити за формулою
д = г0 • /, Вт/м2, (2)
де: г0 - питома теплота пароутворення, Дж/кг; у - штенсивнкть випаровування вологи, кг/(м2- с).
Питома теплота пароутворення у формулi (2) визначаеться за середньою температурою матерiалу. У загальному випадку поширення тепла в матерiалi вiдбуваеться шляхом перенесення пари. рiдини та шляхом теплопровщносп, що визначаеться з рiвняння
д = + кп • у + кр • Ур, Вт/м2, (3)
ах
де: кп, кр - ентальшя пари та рвдини, Дж/кг; /п, /р - женсившсть перенесення пари i рщини, кг/(м2- с).
В умовах кондуктивного сушiння перенесення вологи вiдбуваеться, в основному, у виглядi пари. Попм тепло, що переноситься рiдиною, е невеликим, тому що рщина мае меншу ентальшю, нiж пара, тому
у = ^^п> • У + , кг/(м2-с). (4)
За сшввщношенням (4) можна визначити густину потоку пари в шарах близьких до наивно! поверхнi. Зiставлення величини (д=г0/) до (АЛ/оХ) пока-зуе, що потш тепла, зумовлений теплопровiднiстю, е значно меншим за перенесення тепла у виглядi пари. Таким чином, перенесення тепла у виглядi пари е виртальним у процес кондуктивного сушiння деревини.
Iнтенсивнiсть сушiння в першому перiодi цiлком визначаеться штенсив-нiстю випаровування вологи з вадкрито! поверхнi матерiалу та з шарiв матерь алу, що до них прилягають. Подальше пiдвищення температури нагршно! по-верхнi призводить до змши характеру механiзму сушiння, за якого вплив густи-ни потоку пари на штенсивнкть, рiзко зростае. За температури наивно! повер-хш бiльше 100 °С дiе усталений механiзм пароутворення, внаслiдок чого штенсивнкть перенесення пари е максимальним та iз збiльшенням температури наг-ршно! поверхнi змiнюеться мало.
У цьому випадку на процес внутршнього пароутворення може впливати товщина матерiалу. Вплив товщини матерiалу пояснюеться тим, що iз збшь-шенням товщини зростае термiчний опiр скелета кашлярнопористого матерь алу, внаслiдок чого зменшуеться штенсивнкть внутртнього пароутворення.
Шд час контактного сушiння температурний градieнт (А/) всередиш ма-терiалу на границ контакту з нагрiтою поверхнею може досягати величезних значень (А/=103 °С/м). На початку процесу сушiння (у першому перiодi) температурний градieнт зростае для всiх товщин матерiалу. Потш i3 збiльшенням товщини матерiалу, за однаково!' iнтенсивностi сушшня, температурний гра-дieнт зростае. Пояснюеться це тим, що для однакових величин (j) середня температура товспшого матерiалу е вищою, нiж для тонкого. Внаслвдок з шдви-щенням температурного градiента (А/) матерiал перегршаеться i погiршуеться його якiсть. Таким чином, товщина матерiалу е основним технологiчним параметром процесу кондуктивного сушiння.
Висновки. У процесi кондуктивного сушшня тепло, необхiдне на випа-ровування вологи з деревини, йде ввд гарячо!' поверхнi, що контактуе з матерь алом. У цьому випадку передача тепла е найбшьш ефективною тому, що здiйснюеться без промiжних термiчних опорш. Iнтенсивнiсть процесу сушшня у першому перiодi збшьшуеться на один-два порядки, поршняно з женсившс-тю конвективного сушiння. Для штенсивно!' передачi тепла вологий матерiал притискаеться до гарячо!' поверхнi. Шд дiею високих температур нагршно!' по-верхнi спостерiгаеться прилипання контактного шару до нагршно!' поверхнi, що не допускае утворення промiжного парового прошарку мiж поверхнями, що контактують.
Лiтература
1. Бшей П.В. Теоретичш основи теплово'1 оброблення i сушшня деревини. - Коломия : Вид-во "Вж", 2005. - 364 с.
2. Бшей П.В. Теорш теплово'1 оброблення деревини : монографiя / П.В. Бшей, С.П. Ку-нинець, 1.А. Соколовський та ш. - Львiв : Вид-во ЗУКЦ 2012. - 200 с.
3. Серговский П.С., Расев А.И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1987. - 360 с.
Кунинец Е.П., Шепелюк О.О., ШепелюкИ.Р. Физические особенности кондуктивного нагрева и сушки древесины
Рассмотрены физические особенности кондуктивного нагрева и сушки древесины. При нагревании древесины имеют место все элементарные виды теплообмена: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение. Описаны способы нагрева древесины и определены наиболее подходящие для различных видов древесных материалов. Поданы физические основы кондуктивного нагрева и сушки древесины. Определено влияние температуры греющей поверхности на динамику процесса нагрева и кинетика процесса сушки. Доказано, что в начале кондуктивного нагрева древесины тепло в материале переносится путем теплопроводности, а в дальнейшем основная часть тепла передается потоком пара, энтальпия которой является больше энтальпию жидкости. Рассмотрено влияние на интенсивность кондуктивного нагрева и сушки силы прижима греющей поверхности к материалу и толщины материала.
Ключевые слова: древесина, теплопроводность, конвекция, парообразование, испарение, температура, энтальпия, температурный градиент, тепловая обработка, сушка, теплообменность.
Khunynets Ye.P., Shepelyuk O.O., Shepelyuk I.R. Some Physical Features of Conductive Heating and Drying of Wood
Some physical features of conductive heating and drying of wood are studied. All the elementary kinds of heat transfer such as heat conductivity, convection, thermal radiation occur during heating of wood. The methods of heating of wood are described; the most suitable
3. Технологи та устаткування лковиробничого комплексу
177
methods for various kinds of timber are determined. Physical basis of conductive heating and drying of wood are proposed. The influence of heating surface temperature on the heating process dynamics and kinetics of the drying process is identified. It is researched that early conductive heating of wood heat in the material is transferred by heat conductivity, and further the bulk of the heat flow is transmitted by vapor stream, which enthalpy is larger than the enthalpy of liquid. The influence of the force of pressing the heating surface to the material and material thickness on the intensity of conductive heating and drying is investigated.
Keywords: wood, convection, vaporization, evaporation, temperature, enthalpy, temperature gradient, heat treatment, drying.
УДК667.637.4:666.3.135 Доц. В.В. Артеменко, канд. техн. наук;
ст. викл. Р. С. Яковчук, канд. техн. наук; проф. О.В. 'Миллер, канд. екон. наук;
доц. А.1. Харчук, канд. пед. наук - Львгвський ДУ БЖД
П1ДВИЩЕННЯ МЕЖ1 ВОГНЕСТ1ЙКОСТ1 МЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦ1Й ВОГНЕЗАХИСНИМИ РЕЧОВИНАМИ
Дослщжено проблему шдвищення вогнестшкост та довговiчностi металевих конструкцш в умовах високотемпературного нагргвання шляхом нанесения на i'x повер-хню захисних покриттгв. Розробленню вихщш склади для захисних речовин i3 умов от-римання за високих температур максимального вмюту температуростшких силжатш алюмшвд i циркошю. Введення до складу покриття 1-3 мас. % TiÜ2 сприяе синтезу на-ведених вище фаз та знижуе температуру ''х утворення на 50-60°. Виконано розрахунок межi вогнестшкост металево'' колони, виготовлено'' з двотавра № 24, захищеного роз-робленою вогнезахисною речовиною, i встановлено, що межа вогнестiйкостi центрально-стиснуто'' захищено'' колони в 3 рази вища, нiж у не захищено''.
Ключовi слова: вогнестшюсть, межа вогнестiйкостi, температура, вогнезахисна речовина, композидiя, захисний шар.
Вступ. На сьогоднi металевi конструкцл широко застосовують у будiв-нищга. Але за дп високих температур та вогню вони втрачають сво! експлуата-цiйнi властивостi внаслiдок окиснення !'х поверхнi та зниження мехашчних характеристик. Збiльшити довговiчнiсть та вогнестшюсть металевих конструкцш в умовах високотемпературного нагршання можливо шляхом нанесення на !х поверхню захисних покриттш.
Постановка проблеми. Головною причиною зниження ефективносп ви-користання металевих конструкций за дц високих температурах е втрата !х нес-но! здатносп, i як наслiдок - руйнування. Дiя високих температур i мехашчних навантажень створюе у конструкцiях деформацц теплового розширення за раху-нок великого значения термiчного коефiцiента лшшного розширення i повзучос-тi. У конструкщйних матерiалах з нанесеними на них покриттями у процесi наг-рiвання i в разi довготривало! до високих температур, на !х довговiчнiсть ктот-но впливае фазовий склад i структура покриття, яка змшюеться шд час термооб-роблення через рiзниц;ю термомеханiчних !'х властивостей. Напруження, якi ви-никають на межi контакту покриття-конструкцiйний матерiал внаслщок температурного градiента пiд час нагршання, можуть призвести до його руйнування.
Покриття на основi силжатних матерiалiв доцiльно використовувати для захисту конструкщйних матерiалiв рiзноí хiмiчноí природи вiд високотемпера-
