CC BY
20
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОРАДИАЦИОННОИ СУШКИ ТЕХНИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСНЫХ БЕЗРАЗМЕРНЫХ КРИТЕРИЕВ ТЕПЛОПЛОМАССОБМЕНА
А.И. Ольшанский, С.В. Жерносек
УДК 66.047:536.248
РЕФЕРАТ
ABSTRACT
ИНТЕГРАЛЬНАЯ ТЕМПЕРАТУРА, КРИТЕРИИ НУС-СЕЛЬТА, КРИТЕРИЙ БИО, КРИТЕРИЙ БОЛЬЦМАНА, КРИТЕРИЙ КОНДРАТЬЕВА, КРИТЕРИЙ КОССОВИ-ЧА, ТЕМП НАГРЕВАНИЯ ВЛАЖНОГО ТЕЛА, ТЕМП УДАЛЕНИЯ ВЛАГИ, СКОРОСТЬ СУШКИ
INTEGRAL TEMPERATURE, MEASURE OF NUSSELT, MEASURE OF BIOT, MEASURE OF BOLTZMANN, MEASURE OF KONDRATIEVA, MEASURE OF KOSSO-VICH, THE RATE OF HEATING WET BODY, THE RATE OF REMOVAL OF MOISTURE, THE SPEED OF DRYING
Объектом исследования является процесс истечения вязкой несжимаемой жидкости через плоское щелевое отверстие под действием сил гидростатического давления.
Целью работы является определение основных закономерностей истечения жидкого полимера через плоское щелевое отверстие и определение взаимосвязи между скоростью истечения, гидростатическим давлением и геометрическими параметрами плоской щели.
Установлено, что изменение скорости течения вязкой несжимаемой жидкости при ламинарном режиме подчиняется параболическому закону. Приведенные аналитические зависимости позволяют определить величину гидростатического давления для обеспечения необходимой производительности и толщины покрытия при производстве различных искусственных материалов.
The results of the research of fabrics drying by thermo-radiation methods of similarity theory of heat mass exchange and regular heating mode of wet bodies at a constant temperature of the heat carrier are presented in this article. It allows to obtain the empirical equations for calculation of the main characteristics of fabrics drying kinetics on the basic of the Boltzmann's radiation measure. The rate of heating of wet body and rate of loss moisture were determined. The proposed method of research can be used for the calculation of drying kinetics of various wet materials and saves time and money for carrying out the experiment and reduces the amount of computational work.
ВВЕДЕНИЕ
Сушка тканей термоизлучением является одним из эффективных способов термического обезвоживания материалов. За счет интенсификации процесса сушки и возникающих больших удельныхтепловых потоков получают значительный технологический и экономический эффект [1]. Эффективность терморадиационной сушки заключается еще и в том, что оно обеспечивает высокотемпературный нагрев ткани, уменьшается миграция красителей и аппретов, при этом наблюдается высокая интенсивность испарения влаги с поверхности материала за счет максимальной глубины проникновения лучей в ткань
и обеспечивается высокое качество обрабатываемого продукта [1]. Предварительно перед сушкой ткани проводят технологическую обработку специальными полимерными аппретами и клеевыми пропитками для обеспечения жесткости и каркасности. Нанесение аппретов на ткань с одновременным увлажнением производится в плюсовочных ваннах. Затем ткани подвергаются каландрированию для обеспечения равномерной влажности и поступают на сушку.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Сушка технических тканей производилась на металлической поверхности стола экспери-
ментальной установки при вынужденном движении воздуха. Ткань располагалась параллельно от близко расположенных (250 мм) светлых источников излучения. В качестве излучателей использовались лампы с нихромовой спиралью со степенью черноты окисленного нихрома £j = 0,82 - 0,90, стекла е2 = 0,82 - 0,92. При принятом расположении ткани от излучателей угловые коэффициенты излучения ф, характеризующие эффективность излучения ф = 1. Степень черноты натуральных тканей гж ~ 0,75 - 0,80.
Исследование комбинированной конвективно-терморадиационной сушки тканей проводилось с трехкратной повторяемостью эксперимента для каждого режима с целью получения достоверных результатов. Сушка тканей проводилась при трех режимах: 1). t = 150 °С; t = 80 °С; 2). t = 190 °С;
' изл 'с ' ' изл '
t = 100 °С; 3). t = 250 °С; t = 120 °С. Скорость
с изл с
воздуха v = 0,8 - 1,1 м/с.
Решение системы уравнений тепломассо-переноса дает зависимость процесса сушки от большой группы тепломассообменных критериев подобия. Однако не все критерии в одинаковой мере влияют на характер протекания процесса сушки [2]. В условиях терморадиационной сушки тканей для безразмерной избыточной температуры можно записать
Т* = /(X, Го, ВЬ, ЕЬ, Во, е, Ко, Ра, Рп, Г),
где Т* - относительная избыточная температура материала; X - безразмерная координата; Го - критерий Фурье; ВЬ - критерий Био; ЕЬ - критерий Ребиндера; Во - критерий Больцмана; е - критерий фазового превращения вещества; Ко - критерий Коссовича; Ра - критерий Предводителева; Рп - критерий Поснова; ^ - коэффициент неравномерности распределения температуры и влажности в теле; Г - постоянная формы.
При изменении условий взаимодействия поверхности материала с внешней средой происходит изменение влияния критериев подобия на процесс сушки. В зависимости от роли и влияния на процесс сушки критерии подобия подразделяются на критерии поверхностного тепловлагообмена и критерии внутреннего теп-ломассопереноса [2]. Поскольку коэффициенты теплопереноса для тканей хорошо изучены [3], исследование сушки тканей тепловыми лучами ограничиваем изучением влияния критериев подобия на теплоперенос, а закономерности влагообмена рассмотрим на основе обработки экспериментальных данных. Зависимость коэффициентов теплопереноса для тканей приведены в таблице 1.
В процессе сушки тонких материалов
Таблица 1 - Зависимость коэффициентов переноса тепла от влажности тканей
Вискоза Х0 = 0,058 Вт / м °С; с0 = 1600 Дж/ кг °С; Лен А0 = 0,058 Вт / м °С; с0 = 1600 Дж/ кг °С;
W, % А , Вт / м °С Р> кг / м3 с, Дж / кг °С а, м2 / ч W, % А , Вт / м °С P, кг / м3 с, Дж / кг °С а, м2 / ч
90 0,187 759 2825 3,14 160 0,276 675 3150 4,67
80 0,173 713 2750 3,17 140 0,248 637 3060 4,58
60 0,144 640 2569 3,15 120 0,219 587 2960 4,537
50 0,13 600 2462 3,16 100 0,19 537 2840 4,49
40 0,116 556 2339 3,24 80 0,161 482 2690 4,48
20 0,087 488 2031 3,16 60 0,132 430 2500 4,47
10 0,072 453 1835 3,11 40 0,104 374 2260 4,41
20 0,075 321 1946 4,32
10 0,06 294 1744 4,27
при значениях теплообменного критерия Био Ы < 0,2 и критерия Фурье Го > 0,2 происходит быстрое прогревание материала за счет глубокого проникновения излучения в ткань и выравнивания температур и влагосодержаний по поверхности и объему [1, 4]. В этих условиях сушка тканей происходит без температурных градиентов внутри тела и отсутствия в материале термического переноса вещества [2].
В отсутствии термического переноса вещества и фазовых превращений в тонких материалах влияние комплексного критерия £ • Ко • Рп = 0 [2]. Критерий Ребиндера ЕЬ и критерий Био Ы оказывают влияние на тепло-перенос. При малых значениях этих критериев влияние на скорость изменения температуры йТ / йГо незначительно. В процессе сушки с уменьшением влагосодержания критерий ЕЬ увеличивается, а критерий Ко уменьшается. Значения критерия ЕЬ к концу сушки ЕЬ ~ 0,1 -г- 0,35 указывают на необходимость прекращения процесса для избежания перерасхода энергии на сушку и пересушивания материала. Критерий Коссовича Ко на начальной стадии сушки большее влияние оказывает на массоперенос, в заключительной - на теп-лоперенос [2]. Скорость прогрева материала определяется комбинированным отношением критериев Ы / Ко = /(Го) [2]. Критерий фазового превращения е и критерий Поснова Рп в отсутствии термического переноса вещества е • Рп = 0 (влага в материале перемещается в виде жидкости). Постоянная формы тела для плоских тел Г = 0. Коэффициенты неравномерности распределения температуры и влагосодержания Фи во влажном теле при значениях критерия Ы < 0,2 для тканей равны = Wи= 1. Происходит быстрое выравнивание температур и влагосодержаний в теле по поверхности и объему. Произведение критериев Го и Предводителева Рй представляют важные обобщенные переменные по температурам и влагосодержаниям
где а - коэффициент температуропроводности, м2/с; т - время сушки, мин; Яг - отношение объема тела к поверхности, м; ш. и ш - темп
нагревания влажного тела и темп убыли влагосодержания, МИН"1.
Радиационный критерий Больцмана Во получен из решения уравнения энергии для сложного теплообмена в плоском слое поглощающей и излучающей среды с непрозрачными серыми границами [5]. В результате решения получен безразмерный комплекс
где А,- теплопроводность излучающей непрозрачной среды; ег - степень черноты излучающего газа; а0 - константа излучения абсолютно черного тела, Вт/м2 К4; Т, - абсолютная температура излучающей среды по толщине излучающего слоя 8,.
А.Н. Пехович [6] использовал критерий Во для расчета температуры твердых тел при нагреве и охлаждении по номограммам. Для случая радиационного теплообмена в прозрачной непогло-щающей среде критерий Больцмана имеет вид:
где Аш - теплопроводность тела; епр - приведенная степень черноты системы излучатель-материал; Тизл - абсолютная температура излучателя, К; 8 - толщина материала, мм.
При построении расчетных графиков необходимы дополнительные условия: начальная температура материала Том; температура излучателя Т ;отношение Т / Т ,приведенная
изл' ом ' изл' г
степень черноты системы излучатель-материал епр и безразмерная координата х / 8.
Безразмерная избыточная температура Т* задается условием
где .с , .ом - температура среды (воздуха), среднеинтегральная, и начальная температура влажного материала, ° С.
За определяющую температуру при сушке тканей принималась температура теплоносителя (среды) . . Степень черноты системы излуча-
тель-материал определялась по зависимости
лярного режима ПМ. Кондратьева, согласно которой процесс нагревания определяется только условиями внешнего теплообмена, теплофизи-ческими свойствами и размерами тела, а температура материала изменяется во времени по экспоненциальному закону [4]. Нагрев влажного тела в процессе сушки при tc = const представляет регулярный режим, как по температурам, так и по влагосодержаниям [4], поскольку и кривые сушки и температурные кривые представляют собой экспоненты.
Основным признаком регулярного режима в процессе сушки являются условия
/-\
| м; (6)
, (7)
где и0 — начальное влагосодержание материала.
Постоянные mt и ти определяются экспериментально, построением графических зависимостей ln(tc -1) и ln(W0 - W) от времени сушки т.
Темп нагревания влажного тела и темп убыли влагосодержания ти находятся из соотношений
Г-\
,„.. 'М-*"-"-.- (9)
^ ~ ^ 1
\_>
где - температура среды (воздуха), °С;
и - фиксированные значения температуры, °С; - начальное влагосодержание материала; W1 и - фиксированные значения влагосодержания.
Из уравнения теплового баланса для стадии регулярного режима [4] можно записать выражение для темпа нагревания влажного тела
где е1 и еж - степени черноты нихромового излучателя и материала.
Критерий Во0 абсолютно сухих тканей при заданных значениях епр зависит только от режима сушки Тигл, поскольку коэффициенттепло-проводности сухих тканей Х0 от температуры не зависит [3]. Численные значения Вош для влажных тканей значительно зависят от влажности. Влияние влажности тканей на теплопроводность и теплоемкость значительно и выражается зависимостями [3]
К = К + 0,00145Щ Вт/м°С;
с. =
с'> +с«и, Дж/кг°С,
1 + и
где Х0 и - теплопроводности сухого и влажного материала, Вт/м°С; с0 и св - теплоемкости сухого тела и воды, Дж/кг°С; W и и - абсолютное и относительное текущее влагосодержание материала.
Плотность влажной ткани рт измерялась в эксперименте весовым способом. Коэффициент температуропроводности а влажной ткани вычислялся по соотношению
а =
__V
с р
W г I.
, М2/ч.
Значения коэффициентов теплопереноса для тканей даны в таблице 1.
Безразмерная координата X = х / 8 при х = 8 для тонких материалов X = 1. В качестве определяющего размера принимается отношение объема тела к поверхности Яг = V/ Г = 8. Упрощенное критериальное уравнение для безразмерной температуры можно представить в виде
Т* = /(Го, РА,ЕЬ, ВЬ/ Ко, Во),
где Fo • Pdt = mt т.
РЕГУЛЯРНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ
В процессах нагревания или охлаждения твердых тел широко используется теория регу-
где а -текущее значение коэффициента теплообмена, Вт/м2°С; ^ - коэффициент неравномерности распределения температуры в теле; Кп - критерий Кондратьева; .п - температура поверхности, ° С.
При сушке тканей Яг = 0,8 - 1,2 мм и при значениях критерия Ы < 0,2 коэффициент формы Кф ^ 0, а коэффициент неравномерности распределения температуры в теле ^ = 1.
В этом случае Кп = Ы, а темп нагревания влажного тела равен [4, 7]
где , , - начальное, равновесное и текущее влагосодержание материала.
Секундный поток тепла на нагрев влажного тела [7]
Дифференцируя решение (13) и подставляя результате (16), получаем [7]:
Для случая нагревания влажного тела при Ы ^ 0 и отсутствия градиента температуры внутри тела можно записать балансовое уравнение тепла [4, 7]:
где . , .ом - температура среды (воздуха) и начальная температура влажного материала, °С.
Максимальное количество тепла, затраченное на испарение влаги из материала в начальной стадии процесса сушки, равно:
где Г - площадь поверхности влажного тела, м2; V - объем влажного тела, м3.
Тепло а (Ьс - Ь) идет на нагревание влажного тела. Решение (12) можно записать следующим образом [7]:
где (du /dr) = N — максимальная скорость
v ' ' max max г
сушки, определяемая по кривым сушки; r — теплота парообразования, Дж/кг.
Тогда уравнение (17) с учетом (18) можно записать в виде
Из уравнений (11) и (13) следует
В результате обработки экспериментальных данных методом наименьших квадратов получено значение темпа нагревания для влажных тканей т. = 0,24. Вычисление т. по зависимости (11) дает значение т. ~ 0,3 - 0,4.
Для безразмерного влагосодержания можно написать аналогичное соотношение:
Следовательно, регуляризация кинетики сушки происходит не только по температурам и вла-госодержаниям, но и по тепловым потокам.
ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ И ВЫВОД ЭМПИРИЧЕСКИХУРАВНЕНИЙ
На рисунке 1 представлены кривые сушки и температурные кривые в процессе сушки вискозной ткани при различных режимах. Видно, что периода постоянной скорости сушки не наблюдается ни по температурам, ни по влагосо-держаниям.
На рисунке 2 изображены графические зависимости ln(tc -1) = f (т) и ln(W0 - W) = f (т) для процесса сушки вискозы. Видно, что зависимости имеют вид прямых и, следовательно, изменение температуры и влагосодержания происходит по экспоненциальной зависимости. Темп нагревания влажного тела mt является одинаковым для всех точек тела и не зависит от режима сушки. В стадии регулярного режима при Bi < 0,2 и Wt = 1 температура принимает равномерное распределение по всему объёму тела и поверхности. Величина mt не зависит от размеров, физических свойств тела, режима сушки и в стадии регулярного режима является величиной постоянной для среднеинтегральных значений температур и определяется только формой и видом тела [4, 7].
Темп убыли влагосодержания mu является сложной функцией режима сушки, начального влагосодержания материала W0, способа подвода тепла и других факторов, влияющих на сушку. Обработка опытных данных показала, что отношение максимальной скорости сушки тканей к начальному влагосодержанию W0 является обобщенной переменной, учитывающей влияние всех факторов, воздействующих на процесс.
На рисунках 3 и 4 представлены результаты обработки экспериментальных данных в виде зависимостей U* = f(m т); m = f(N ), T* =
«/я и и J * max
f(mtT) и T* = f(Bow).
В результате обработки данных методом наименьших квадратов получены уравнения
г
Т = —— = с.ф1 -LI? иг г'.; t - / _ х
II" - IV
;
И ' - w_ '
—\
(20) (21)
„ = 8,7-10* N,
где №тах = (Ай /Ат) - максимальная скорость сушки материала, мин-1.
Использование устойчивых обобщенных комплексных переменных тгт и тит позволяет определять температуру материала и время сушки при любых режимах и различных начальных влагосодержаниях. Такой метод исследования
W,% г 120\ WO
so 60 40 20
1\
1 4 "V4 V 2
J_ 2
г 5_У\ i К J_
t'C
80
SO
iO
20 О
1
3
6 т.м
Рисунок 1 - Кривые сушки и температурные кривые в процессе сушки вискозной ткани при режимах: Вискоза. 1. t = 150 °С; t = 80 °С;
~ изл ' с '
2. t = 190 °С; t = 100 °С; 3. t = 250 °С; t = 120
изл с изл с
°С; Лен: 4. t = 190 °С; t = 100 °С; 5. t = 250
изл с изл
°С; t = 120 °С;. Скорость воздуха: v = 0,8 + 1,1 м/с. с
Рисунок 2 - Зависимости ln(tc - t) = f (т) и ln(W0 - W) = f (т) в процессе сушки вискозной ткани
J
значительно экономит время и сокращает объем расчетной работы. Решение уравнений (20) и (21) дает
Г-\
г = — hi
П, - W
Щ 0,17 (We - W )
(22) (23)
Для исследования влияния на кинетику сушки тканей критериев подобия необходимо знать закономерности их изменения. Вычисление коэффициента теплообмена проводилось по критериальному уравнению [1]
№ = 0,87 Не*
(ТА : 0*45 (ъ Т
{т») 1 Г, ,
где ^ - критерий Нуссельта; Re — критерий
Рейнольдса; T , T и T — абсолютные темпе' м изл с
ратуры мокрого термометра, излучателя, среды (воздуха).
За определяющий размер при сушке тканей принималась длина образца по набеганию потока воздуха I = 0,12 м.
Плотность теплового потока определялась по уравнению теплообмена
Ч = « Ъ- К).
Критерий Ребиндера ЕЬ и критерий Коссови-ча Ко вычислялись по соотношениям
ИЬ -
с„Ь
Ко =
г Ли г(п„-и)
с А/ с & -1 )
№ № ан /
Температурный коэффициент сушки Ь = М / dи — важнейшая характеристика кинетики сушки, определяется графическим дифференцированием температурных кривых t = /(и) (рисунок 5 а). Обработкой эксперимента, представленного на рисунок 5 б, получена зависимость
В процессе сушки влажных материалов критерий ЕЬ изменяется от нуля до некоторой максимальной величины, указывающей на прекращение процесса, а критерий Ко — от максимальной величины в начальной стадии сушки до нуля при ^ =
Результаты исследования влияния критериев подобия теплообмена на закономерности изменения относительной температуры Т* для всех режимов даны в таблице 2, а на рисунке 6
Рисунок 3 - Зависимость относительного влагосодержания и* от относительного времени сушки тит и зависимость темпа убыли влагосодержания ти = /^тах) для процесса сушки вискозной ткани при режимах, указанных на рисунке 1
Т 0,8
0,6
0.4
0,2
V ч > X
к X / о-7 х-3
у: л
10
20 30
40 50
60
70 Но
Рисунок 4 - Зависимости относительной избыточной температуры Т* = / (тгт) и Т* = / (Вош) для процесса сушки вискозной ткани. Режимы сушки даны на рисунке 1
представлены зависимости для процесса сушки вискозной ткани
В1 / Ко = / (Го ■ Pdt) = / (т(т) и Т* = / (Го ■ Pdt) = / (т(т) .
Зависимость относительной избыточной температуры Т* = / (В11 Ко) имеет вид
л
Рисунок 5 - Зависимости среднеинтегральной температуры t и критерия Ребиндера ЕЬ от влагосодержания и (а, б) и критерия Больцмана для сухого тела Во0 = / (Том /Тизл) (в) в процессе
сушки тканей. Режимы указаны на рисунке 1
Рисунок 6 - Зависимости отношения критериев В11Ко и относительной температуры Т* от комбинированного критерия Го ■ Pdt = тгт в процессе сушки технических тканей для заданных режимов сушки
интенсивность испарения влаги с поверхности влажного тела. В этих условиях критерий Больцмана в одинаковой мере влияет на тепло- и вла-гообмен.
Численные величины критерия Bo0 для сухих тканей при заданных режимах сушки в зависимости от режима при Х0 = const принимали следующие значения для вискозной и ткани:
1. Т = 423 K; t = 80 °С; Т /Т = 0,71;
изл ' с ' ом ' изл ' '
Во0 = 18.
2. Т = 463 K; t = 100 °С; Т /Т = 0,65;
изл ' с ' ом ' изл ' '
Во0 = 15.
3. Т = 523 K; t = 120 °С; Т /Т = 0,57;
изл ' с ' ом ' изл ' '
Во0 = 11.
На рисунке 4 представлена зависимость Т* = f (Bow) для процесса сушки вискозной ткани, описываемая уравнением
Критерий Больцмана Во для сухого материала является функцией Тизл и отношения Т /Т и определяется зависимостью
ом изл
Взаимосвязь между критериями Больцмана для влажной и сухой тканей при сушке тепловыми лучами для заданных режимов можно выразить уравнениями
;
(30)
Ноп. ■'" Но,, ех1>\!)Л12 .Т ;. (31)
Рассмотрим влияние критерия Больцмана на тепломассоперенос в процессе терморадиационной сушки тканей. При терморадиационной сушке влажных материалов значительно интенсифицируется теплообмен и увеличивается
где W — заданное текущее влагосодержание материала.
Плотность тепловых потоков в процессе сушки тканей достаточно точно вычисляется по уравнениям (18) и (19). На рисунке 7 б даны за-
Таблица 2 - Расчетные значения критериев Нуссельта N4, Био В1, Коссовича Ко для процесса сушки вискозной ткани при различных режимах
Режим сушки: Т 1 изл = 423 К; г ' с = 80 °С; V = 1,1 м/с
^ % N4 а, Вт/м2°С В1 Ко В1 / Ко т* г , °с экс' г , ° с рас'
80 60 40 20 10 87,7 78 63.1 46.2 32,2 26.3 23.4 18,9 13,9 10,2 0,13 0,138 0,135 0,132 0,125 31,7 20 12,7 5.4 2.5 0,004 0,007 0,011 0,024 0,049 0,84 0,76 0,65 0,46 0,35 40 44 50 61 67 38 42 48 58 64
Режим сушки: Т изл = 463 К; г = с 100 °С; V = 1,1 м/с
80 60 40 20 10 94,9 83,6 68,3 50,1 26,5 30,5 26,8 21,8 16,2 11,7 0,145 0,151 0,155 0,157 0,145 29 17 9,85 4,7 2,2 0,005 0,0088 0,0157 0,033 0,066 0,84 0,75 0,65 0,48 0,38 45 50 56 68 73 42 48 55 69 73
Режим сушки: Т изл = 523 К; г = с 120°С;V = 1,1 м/с
80 60 40 20 10 104 91.8 75 54.9 40,3 34.4 30,3 24,7 18,1 13.5 0,168 0,17 0,175 0,178 0,165 29 16 9,4 4,3 2,2 0,0058 0,01 0,018 0,0410, 075 0,86 0,76 0,69 0,50 0,45 46 53 63 74 80 43 52 64 75 79
висимости д = /(W), которые выражаются уравнением
г
д = Пехр ( 0,(П51У ); I) = 10'
.и-М^ . (32)
Для подтверждения достоверности полученных значений тепловых потоков по уравнениям (19) и (32) проведен расчет теплообмена по формуле излучения Стефана-Больцмана с учетом влияния конвекции [3]:
где С0 - коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/м2 К4.
Угловой коэффициент эффективности излучения ф = 1.
Приведенная степень черноты системы определялась по выражению (5).
Рисунок 7 - Зависимости комбинированного отношения критерия Вош / Во0 и плотности теплового потока д от влагосодержания W для процесса сушки вискозной ткани при режимах,
указанных на рисунке 1
-У
Участие конвекции учитывается увеличением
степени черноты системы за счет £ :
С
78
«А ~ U
Hit 100
и
100
При использовании уравнения (33) суммарное значение (е + е ) составляло 0,66 - 0,7 для
4 Пр К ' 5 r-i
всего процесса сушки тканей. Результаты расчетов qu3ji по формуле (33) даны в таблице 3.
ГРАФИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КИНЕТИКИ СУШКИ ТКАНЕЙ
По результатам экспериментов (рисунке 1) вычисляются значения относительной избыточной температуры T* как функция влагосодержания Wтканей. Затем, с использованием таблицы 1, вычисляются значения критериев Больцмана для абсолютно сухой и влажной тканей. По эмпирическим формулам (27, 28) наносятся линии Во0 = const с фиксацией значений влагосодер-жаний для каждого режима сушки и строятся линии W = const с обозначением времени сушки т = f(W). В нижней части графика (рисунок 8) наносятся зависимости плотности тепловых потоков q = f(Bow , W). Таким образом, все основные характеристики сушки тканей тепловыми лучами рассчитываются графическим способом, что позволяет достаточно просто, точно и быстро проводить все необходимые расчеты, что
экономит время и сокращает объем расчетной работы. График (рисунок 8) является расчетной номограммой.
Для расчетов по графику достаточно знать режим сушки, который задается значением Во0 и текущим влагосодержанием ^ В таблице 4 дано сопоставление экспериментальных и графических значений основных параметров кинетики сушки вискозной ткани по графику рисунка 8.
Пример расчета: Режим сушки вискозы Т = 423 К, Т /Т = 0,71. Для данного ре-
иЗЛ ' ом ' иЗЛ '11-1 г
жима Во0 = 18. По заданному текущему вла-госодержанию ^ = 60 %, относительная температура Т* = 0,66; интегральная температура I . = 44 °С; I = 43 °С; время сушки: т . = 1,5
граф ' экс ' ~ * граф '
мин; т = 1,5 мин; Во = 49,5; Во = 51;
' экс ' ' ы граф ' ' ы расч '
Вошрасч = 50,5 по формулам (28) и (31).
Для вискозной ткани расчетный график строится в том же порядке, с использованием тех же эмпирических уравнений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе исследования терморадиационной сушки тканей рассмотрено влияние отдельных критериев подобия теплообмена на кинетику сушки техническихтканей. Изучение кинетики
Таблица 3 - Сравнение экспериментальных и расчетных значений среднеинтегральных температур,
времени сушки и плотностей тепловых потоков по формулам (22), (23) и (19), (32), (33) для различных
режимов сушки вискозной ткани
Режим сушки: T = 423 K; t = 80 °С; v = J изл ' е ' 1,1 м/с
W, % т , мин же' Т , мин рае' (23) t , °с же' t , ° с рае' (22) q, Вт/м2 (19) q, Вт/м2 (32) q , Вт/м2 q , Вт/м2 ^ изл' ' (33)
80 0,65 0,72 42 40 2750 3060 2650 2880
60 1,95 1,76 54 54 2314 2280 2270 1890
40 2,85 3,2 61,5 62 1965 1795 2000 1750
20 4,5 4,3 71,5 72 1380 1270 1280 1100
10 5,4 4,9 78 78 1980 1020 850 780
Режим сушки: T = 523 K; t J изл ' е = 120 °С; v = 1,1 м/с
80 0,4 0,47 42 39 3510 3900 3420 3300
60 1,25 1,45 55 54,5 3140 3150 3125 2780
40 2,32 2,54 68 68 2585 2350 2620 2100
20 3,7 3,35 77 79 2140 1780 2000 1690
10 5,7 5,2 83 85 1427 1495 1500 1250
сушки тканей методом регулярного теплового режима нагревания влажных тел и обработка опытных данных на основе обобщенных переменных позволяет получить расчетные эмпирические уравнения для определения основных кинетических характеристик процесса. Определены темп нагревания влажного тела т* и темп убыли влагосодержания ти. На основе взаимо-
связи между критерием Больцмана для сухого и влажного тела предложен графический способ расчета кинетики сушки тканей, что экономит время и средства на проведение эксперимента и сокращает объем расчетной работы. Предлагаемый метод исследования может быть использован в расчетах кинетики сушки различных влажных материалов термоизлучением.
Таблица 4 - Сопоставление экспериментальных и графических значений основных параметров кинетики сушки вискозной ткани по графику рисунка 8
Режим сушки: Т = 423 К; t = 80 °С; V изл с = 1,1 м/с
W, % т , с экс' т , с рас' (23) т* экс т* граф t , ° с экс * ф, ° с граф а , Вт/м2 экс аграф9 Вт/м2 (32)
70 60 40 20 10 62 90 180 285 365 64 89 180 300 360 0,76 0,67 0,54 0,39 0,38 0,75 0,66 0,53 0,42 0,33 43 46 51 60,5 67 40 44 49,5 59 64 1850 1700 1250 850 500 1850 1600 1270 750 600
Режим сушки: Т = 463 К; t 1 изл ' = 100 °С; V = 1,1 м/с
70 60 40 20 46 85 158 278 295 150 90 168 270 305 0,77 0,71 0,57 0,42 0,33 0,77 0,71 0,58 0,42 0,33 46 51 60 70 78 44 49 58 71 76 2500 2450 2000 980 750 2600 2400 2150 1150 950
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Лыков, A.B. (1968), Теория сушки, Москва, 472 с.
2. Лыков, A.B., Михайлов, Ю.А. (1963), Теория тепло- и массопереноса, Москва, 536 с.
3. Колесников, П.А. (1965), Теплозащитные свойства одежды, Москва, 340 с.
4. Лыков, A.B. (1967), Теория теплопроводности, Москва, 600 с.
5. Кутателадзе, С.С. (1979), Основы теории теплообмена, Москва, 416 с.
6. Пехович А.Н., Жидких В.М. (1968), Расчеты теплового режима твердых тел, Ленинград, 304 с.
7. Лыков, A.B. (1961), Теоретические основы строительной теплофизики, Минск, 520 с.
\
REFERENCES
1. Lykov, A.V. (1968), Teorija sushki [Drying theory], Moscow, 472 p.
2. Lykov, A.V., MikhajLov, Y.A. (1963), Teorija teplo-i massoperenosa [Theory of heat - and mass transfer], Moscow, 536 p.
3. KoLesnikov, P. A. (1965), Teplozashhitnye svojstva odezhdy [Heat-shieLding properties of clothes], Moscow, 340 p.
4. Lykov, A.V. (1967), Teorija teploprovodnosti [Heat conductivity theory], Moscow, 600 p.
5. KutateLadze, S.S. (1979), Osnovy teorii teploobmena, [Fundamentals of the theory of heat transfer], Moscow, 416 p.
6. Pekhovich, A.N., Zhidkikh, V.M. (1968), Raschety teplovogo rezhima tverdykh tel [Calculations of the thermal regime of solids], Moscow, 304 p.
8. Ольшанский, А.И., Ольшанский, В.И. (2011), Исследование процесса сушки тонких материалов методом регулярного режима, Becui НАН Беларус1. Серия физико-технических наук, № 2, С. 75 - 81.
9. Ольшанский, А.И., Жерносек, C.B., Ольшанский, В.И. (2014), Графоаналитический метод расчета конвективно-терморадиационной сушки технических тканей, Вестник Витебского государственного технологического университета, 2014, Вып. 26, С. 74-84.
7. Lykov, A.V. (1961), Teoreticheskie osnovy stroitel'noj teplofziki [Theoretical fundamentals of construction thermophysics], Minsk, 520 p.
8. Ol'shanskij, A.I. (2011), Probe of process of drying of thin materials by a method of a regular mode [Issledovanie processa sushki tonkih materialov metodom reguljarnogo rezhima], Vesti Nacional'noj akademii nauk Belarusi. Serija fziko-tehnicheskih nauk - Vestie of National academy of Sciences of Belarus. Series of physics and technology sciences, pp. 75-81.
9. OLshansky, A.I., Zhernosek, S.V., OLshans-ky, V. I. (2014), The graphic anaLyticaL method of caLcuLation of convective-thermoradiation drying of technicaL fabrics [GrafoanaLiticheskij metod rascheta konvektivno-termoradiacionnoj sushki tehnicheskih tkanej], Vestnik Vitebskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta - Bulletin of Vitebsk State Technological University, Issue 26, Vitebsk, 2014, pp. 74-84.
Статья поступила в редакцию 01. 09.2014 г.
