Гідродинаміка фільтраційного сушіння під час руху теплоносія крізь шар сухого струганого букового шпону Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 66.047 Пошукувач Б.М. Микичак; проф. Я.М. Ханик, д-р техн. наук -

НУ "Львiвська полiтехнiка"

Г1ДРОДИНАМ1КА ФШЬТРАЦШНОГО СУШ1ННЯ П1Д ЧАС РУХУ ТЕПЛОНОС1Я КР1ЗЬ ШАР СУХОГО СТРУГАНОГО

БУКОВОГО ШПОНУ

Розглянуто результати теоретичних та експериментальних дослiджень пдроди-намши при сушiннi листових матерiалiв фшьтрацшним методом.

CompetitorB.M. Mykychak;prof. Ya.M. Hanyk-NU "L'vivs'kaPolitekhnika"

Hydrodynamics of lauter drying during ruh of thermal transmitter through layer of dry planed beech lead

In clause is considered results of theoretical and experimental researches of hydrodynamics at drying of sheet materials by a filtration method.

Постановка завдання. Одшею i3 найважливших стадш багатьох ви-робництв деревообробно!, xiMiH^i, харчово! й шших галузей промисловостi е процес сушшня, на реалiзацiю якого використовують понад 30, а у окремих випадках - до 70 % уЫх енергетичних витрат. Зокрема, це стосуеться сушшня шпону як струганого, так i лущеного. На виробнищш, здебшьшого, вико-ристовуеться конвективне, конвективно-кондуктивне та iншi методи сушшня, як характеризуются значною тривалiстю процесу, високими питомими затратами енергй, а також незадовiльною якiстю висушеного матерiалу.

Аналiз останнiх дослiджень та публжацш. Застосування фшьтра-цiйного сушiння дае змогу усунути недолжи вказаних вище методiв. Окрiм цього, можливiсть використання фшьтрацшного сушiння шпону виникае тому, що пiд час його виготовлення виникають мiкротрiщини, якi значно збшь-шують його газопроникнiсть. Важливим також е той факт, що за фшьтрацшного сушшня шпону, в умовах вщносно низьких температур (60-100 °С), досягаеться висока штенсившсть процесу та яюсть висушеного матерiалу [1].

Одним iз етапiв вивчення фшьтрацшного сушшня букового шпону е вивчення пдродинамжи при рус теплоноЫя через шар сухого матерiалу, що е важливим у прогнозуванш затрат енергп на створення перепаду тисюв, i, вiдповiдно, досягнення задано! швидкост руху теплоносiя через пористу структуру матерiалу, вiд яко! залежать особливост процесу сушiння. Досль дження пдродинамжи при русi теплоносiя через шар сухого матерiалу проводилось на установщ, що зображено на рис. 1.

Сухий листовий матерiал розмщувався у контейнерi 1 на перфорова-нiй перегородцi, який сполучений iз ресивером 3, що по-своему сполучений iз вакуум-насосом 4, системою трубопроводiв 5 та вентилiв 7 та 8. Витрата теплоношя фiксувалась ротаметром 6, а гiдравлiчний опiр - манометром 9. Температура повггря визначалась за допомогою потенцiометра 10.

Результати дослщження гiдродинамiки струганого букового шпону представлеш на рис. 2 в координатах ДР = f(®), iз якого випливае, що ^mi носять параболiчний характер випуклiстю до осi абсцис.

Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраТни

Рис. 1. Схема експериментально'1установки фтьтрацшного суштня зразтв шпону

25 АР • 10 3 , Па 1

20 '

15

10

0.00

0.20

0.40

0.60

О, м/с

Рис. 2. Залежшсть гiдравлiчного опору струганого букового шпону вiд швидкостi теплоноЫя: г = 20 °С, 1 - Н = 4,5 10-3м; 2 - Н = 310-3м; 3 - Н = 1,510-3м

Гiдравлiчний ошр шпону, як випливае iз рис. 2, значною мiрою зале-жить вщ величини швидкост руху теплоносiя через пористу структуру мате-рiалу. За незначних збшьшеннях швидкостi руху теплоносiя через матерiал гiдравлiчний опiр iстотно зростае. Наприклад, за товщини шпону 1,5-10" м та шд час збшьшення швидкостi руху вiд 0,2 до 0,3 м/с гiдравлiчний опiр зрос-тае вщ 4000 Па до 7000 Па, а за товщини шпону 3,0-10" м таке збшьшення швидкост руху теплоноЫя призводить до змши гiдравлiчного опору вщ

33

15-10 Па до 24-10 Па. Отримаш результати свiдчать, що гiдравлiчний опiр дослiджуваного матерiалу iз збшьшенням товщини шару струганого шпону зростае не прямопропорцшно, а в певнш степеневiй залежностi. При товщи-

3 • •

нах шпону Н<1,5-10" гiдравлiчний опiр змiнюються незначно iз змiною швидкостi руху теплоносiя через шар сухого матерiалу порiвняно iз змiною гiдравлiчного опору за Н > 1,5-10" м.

У загальному пдродинамжу процесу фiльтрацiйного сушшня можна описати рiвняння виду [2]:

АР Н о

= В

^•а

32 е3

. а-р

+ А--V-®.

8е

(1)

5

0

яке також може бути представлене i у виглядг

— = А*-ю2 + В*-ю. (2)

H

На рис. 3 i 4 наведено узагальнення результатiв дослщжень пдродина-мiки, що представленi в координатах AP/H = f(o) для рiзних товщин стiнок шпону, з яких можна зробити висновок, що домшуючою складовою е шер-цiйна, а в,язкiсна складова мае менший вплив на гiдравлiчний ошр шпону.

Складова В* е взаемозв'язоком таких величин: В* = В а ^ ; а складова

32 -е3

лаа* А-а-р 2, /3

А*: А =-, де а - питома поверхня, м /кг; р - густина газу, кг/м ; е -

8 -е3

вшьний об'ем матерiалу. 16 > 50

12

40

30

20

10

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80

ю, м/с

Рис. 3. Узагальненнярезультатiв гiдродинамiки струганого букового шпону: Н=1,5'10 3м

0.00

0.20

0.40 м/с 0.60

Рис. 4. Узагальненняpesynbmamie гiдродинамiки струганого букового

шпону: Н=3-10'3м

* .

Виходячи з величини А , гiдродинамiчнi ^rni характеризуются па-раболiчною залежнiстю АР = /(ю), а складова В - лшшний характер i змен-шуе параболiчнiсть riдродинамiчноi залежностi.

Для узагальнення результатiв дослщжень гiдродинамiки фшьтра-цiйного сушiння дослщт данi представляють у координатах:

AP H-ю

= A-ю + В,

(3)

яке е р1внянням прямо! л1Н1! 1 втрачае зм1ст т1льки за швидкост1 руху тепло-ноЫя ш = 0. Граф1чна залежшсть побудована зпдно з р1внянням (3) у координатах АР/(Ыш) - ш показано на рис. 5, 1з яко! випливае, що крива перетинае

*

в1сь ординат нижче нуля 1 величина В мае в1д емне значення, що суперечить його ф1зичному змюту. Тобто в'язюсна складова практично не впливае на пд-равл1чний ошр матер1алу 1, в такому випадку, залежшсть (3) матиме вигляд:

8

4

0

0

Нащональний лкотехшчний ушверситет УкраТни

АР Н-О

= А • о ; або АР = А • Н • о2

(4)

25000

20000

15000

10000

5000

0.3 , 0.4 О, м/с

5000 10000 15000 20000 25000

Рис. 5. Узагальненнярезультат1в гiдродинамiки струганого букового шпону: Н=3-10'3м

Рис. 6. З^тавлення розрахункових (7) та експериментальних значень гiдравлiчного опору сухого шару струганого букового шпону

При подальшому узагальненш пдродинамши було встановлено, що для рiзних товщин стшок шпону величина А мае рiзнi значення i рiвняння (4) не може бути використане у такому виглядi для узагальнення результалв дослщження. Тому нами запропоновано залежшсть типу [2]:

АР = АюшНп (5)

Коефiцiенти А, ш, п визначаються за експериментальними даними, для знаходження цих коефщенпв складемо систему iз трьох рiвнянь, розв'язок яко! дасть змогу знайти щ невiдомi коефiцiенти:

Гарх = А • Н^;

АР2 = А о2ш • Н2п; АР3 = А о3ш • Н3п.

(6)

Пiдставивши вщповщш значення вiдомих величин у (6), ^ розв'язавши систему рiвнянь отримали коефiцiенти А = 2,82 х 104 ; ш = 1,65; п = 1,86, а пд-равлiчний опiр шару сухого листового матерiалу залежно вщ змiни швидкостi руху теплоносiя та висоти шару матерiалу можна розрахувати за залежшстю:

АР = 2,82•104•w1'65•Н1'86 (7)

На рис. 6 зображено зiставлення значень гiдравлiчного опору шару сухого матерiалу визначених розрахунковим за рiвнянням (7) та експеримен-тальним шляхом. Аналiзуючи рис. 6, можна стверджувати про добру узгодже-шсть цих значень, похибка не перевищуе 10 %, що е допустимим значенням.

Висновок. На основi наведених теоретичних та експериментальних дослщжень отримано розрахунковi залежностi, якi дають змогу прогнозувати

4

3

2

1

0

0

0

змшу пдравл1чного опору шару сухого струганого букового шпону залежно вщ швидкост руху теплоноЫя 1 геометричних розм1р1в шару.

Лiтература

1. Микичак Б.М., Ханик Я.М., Сташславчук О.В. Особливост сушшня кускових га-зопроникних матер1ашв// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Льв1в: УкрДЛТУ. -2004, вип. 14.4. - С. 121-124.

2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Изд-во "Химия". - 1971. - 784 с.

УДК 647.047 Доц. 1.М. Озартв, д-р техн. наук; проф. В.М. MaKcuMie,

д-р техн. наук; доц. М.С. Кобринович, канд. фiз.-мaт наук;

З.П. Копинець - НЛТУ УкраХни, м. Львiв

МОДЕЛЮВАННЯ ПРОМЕНЕВОГО ТЕПЛООБМ1НУ МЕТОДОМ ЕЛЕКТРОТЕПЛОВИХ АНАЛОГ1Й

Наведено схеми моделювання радiацiйного TeonooGMiHy для арих тш, що утво-рюють замкнуту систему. Наведено вщповщш piB^Hra розв'язку pадiащйноi задачь

Assist. prof. I.M. Ozarkiv; prof. V.M. Maksymiv; assist. prof. M.S. Cobrinovich;

eng. Z.P. Kopynets-NUFWTof Ukraine, L'viv

Modeling of radial heat exchange by method of electric-heat analogies

The modeling schemes of radiation heat exchange for grey bodies forming a pent system have been represented. The corresponding equations of radiation problem have been done.

Теплове моделювання базуеться на використанш теплових потоюв пpоменевоi енергй. Цей метод грунтуеться на такому сшввщношенш: подiб-шсть променевого теплообмшу двох випромшюючих систем, що утвореш чорними (Ырими) поверхнями i та j, буде забезпечене тiльки тод^ коли данi системи геометрично подiбнi, заповненi дiатеpмiчним середовищем i вщповь дають спiввiдношенню

P j = f

Tj v Ti ,

(1)

де: фу - кутовий коефщ1ент, який е критер1ем геометрично! под1бностц Т/Т1 -параметричний критерш, що представляе собою вщношення температур абсолютно чорних (Ырих) поверхонь I та у.

Як показали наш1 дослщження, у близькш шфрачервонш област спектра проникливють деревини р1зних порщ не перевищуе 5...7 %. Це значить, що вологу деревину можна розглядати як типове Ыре тшо, яке за сво!ми властивостями близьке до АЧТ.

У загальному випадку для замкнено! системи, що складаеться 1з двох с1рих тш, як мають р1зш температури та довшьно розмщеш в простор^ гус-тину потоку, направленого вщ першого тша до другого, визначають

Qi-

( 42 )

рез

F2

F2

T

± а

v 100 j

л4 f

P2 ■ Fi -

T л

v 100 j

■ P21 ■ F2

(2)