Исследование процессов сушки древесины дуба без искусственного увлажнения при пониженном давлении среды Текст научной статьи по специальности «Математика»

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ ДУБА БЕЗ ИСКУССТВЕННОГО УВЛАЖНЕНИЯ ПРИ ПОНИЖЕННОМ

ДАВЛЕНИИ СРЕДЫ

Чернышев А.Н., Дорняк О.Р. (ГОУ ВПО ВГЛТА, г. Воронеж, РФ)

The features of the practical application of the theory of interrelated heat and mass transfer in capillary-porous bodies in the calculation of operational parameters lumber drying solid hardwood without artificial moisture under reduced pressure environment.

Физической основой процесса вакуумной сушки является максимальное использование эффекта интенсивного молярного переноса пара и его движущей силы - нерелаксируемого градиента общего давления. Поэтому для практических расчётов необходимо знать распределение влажности, температуры и давления внутри сортимента в любой момент времени с целью определения технологических параметров сушки. Так как вакуумной сушке подвергаются в подавляющем большинстве обрезные пиломатериалы либо черновые заготовки, в качестве модели сортимента необходимо рассматривать только ограниченную пластину.

Значения коэффициентов переноса и термодинамических характеристик материала или среды, строго говоря, могут быть различными для разных точек тела. С изменением потенциалов переноса они также могут в принципе претерпевать какие-либо изменения. Однако, учитывая такие изменения, мы значительно усложняем и без того достаточно сложные и громоздкие расчёты. Поэтому, с учётом практической инженерной направленности работы, ниже получено решение на основе работ академика Лыкова А.В. при постоянных коэффициентах переноса и термодинамических характеристиках как материала, так и среды.

Теория взаимосвязанного тепломассопереноса в капиллярно-пористых телах Лыкова А.В. построена на основе термодинамики необратимых процессов. Значения коэффициентов переноса зависят от технологических факторов: температуры, влагосодержания, степени насыщенности, а также от соотношения различных форм влаги в веществе. Недостатки этой теории проявляются при необходимости описания одновременного действия нескольких механизмов переноса. Однако и в настоящее время теория широко применяется для решения практических задач тепломассопереноса в древесине и древесных материалах благодаря общности, универсальности, простоте, а также возможности достаточно быстрой реализации в инженерных расчётах, в том числе при пониженном давлении среды.

Для ограниченной пластины в форме параллелепипеда с размерами:

система дифференциальных нелинейных уравнений применительно к явлениям переноса при сбросе давления запишется в следующем виде:

Ct 2

7

7U/

сзи

сят сят

где т - порозность материала; ЬТ - коэффициент, характеризующий интенсивность расширения пара в капиллярах от нагревания, для идеального газа:

sf- критерий фазового превращения при сбросе давления; Ар2 - коэффициент воздухопроводности;

mi = i - индекс, соответствующий жидкой фазе связанного вещества; pi =1 - индекс, соответствующий паровой фазе связанного вещества; ср - коэффициент удельной изобарной теплоёмкости.

Решение системы дифференциальных уравнений (1) при симметричном и постоянном распределении потенциалов переноса по прямоугольному сечению материала получено в [1] в полном и упрощённом безразмерном виде посредством метода интегральных преобразований Лапласа для нестационарного распределения безразмерных потенциалов переноса в материале и относятся к общему случаю переноса при снижении давления.

Использование даже упрощённых зависимостей связано с большим объёмом вычислительных работ, не влияющих на точность технологических расчётов. В связи с этим практический интерес имеют полученные нами методом операционного исчисления уравнений Лыкова А.В. приближённые решения, описывающие процесс тепло- и массопереноса, более удобные для использования в инженерных расчётах по определению режимов сушки в вакууме древесины дуба:

- температура поверхности tn, центра сортимента t4, среды tc:

(2)

давление паровоздушной смеси внутри сортимента:

- влажность:

стадия нерегулярного режима

стадия регулярного режима

где РН - начальное давление в камере, Па;

РК - конечное давление среды для данной породы, принимаемое по паспортным данным камеры, Па.

Из полученных решений видно, что между тремя потенциалами Т, W, P существует явная связь посредством комплексов критериев. Поэтому для инженерных расчётов необходимо будет задаваться пошаговой процедурой, считая уже известным значение критерия на предыдущем шаге, исходя из технологических соображений, что и было сделано нами при построении режимов сушки [2].

Выводы:

- теория взаимосвязанного тепломассопереноса Лыкова А.В. наиболее применима для решения практических задач тепломассопереноса в натуральной древесине;

- процессы сушки, проходящие в вакуумных устройствах без искусственного увлажнения, нуждаются в специальных исследованиях для оптимизации режимов, способных адекватно реагировать на напряжённо -деформированное состояние сортимента посредством подбора специальных режимных параметров.

Литература

1. Лыков А.В. Тепломассообмен: справочник [Текст]/ А.В. Лыков - М.: Энергия, 1978. - 487с.

2. Патент РФ №2349849 С1 Способ сушки пиломатериалов [Текст] / А.Н. Чернышев, А.А. Филонов.- МКП7 F26 В5/04. -№2007140210/06; 3аявл.30.10.2007; Опубл. 20.03.2009, Бюл.№30. -4с.