CC BY
11УДК 694.14:536.255
С.В. ФЕДОСОВ1, д-р техн. наук, академик РААСН, президент (prezident@ivgpu.com);
В.Г. КОТЛОВ2, канд. техн. наук, советник РААСН; Р.М. АЛОЯН1, д-р техн. наук, член-корр. РААСН,
ректор; Ф.Н. ЯСИНСКИЙ3, д-р физ.-мат. наук; М.В. БОЧКОВ1, инженер
1 Ивановский государственный политехнический университет (153037, г. Иваново, ул. 8 Марта, 20)
2 Поволжский государственный технологический университет (424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3)
3 Ивановский государственный энергетический университет (153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34)
Моделирование тепломассопереноса в системе газ - твердое при нагельном соединении элементов деревянных конструкций. Часть 3. Динамика и кинетика влагопереноса
Показаны физическая и математическая модели массопереноса влаги в древесине нагельного соединения. Физическая модель базируется на представлениях о древесине как о коллоидном капиллярно-пористом твердом теле. Показано, что при изменении температурно-влажностных параметров воздушной среды, в которой эксплуатируется нагельное соединение (в условиях охлаждения до температуры точки росы), на границе нагеля и древесины происходит конденсация капельной влаги по закону Щукарева. Основу математической модели составляет нестационарное дифференциальное уравнение влагопроводности с граничными условиями, учитывающими циклические изменения параметров и свойств взаимодействующих фаз. Приведены результаты модельных расчетов.
Ключевые слова: нагельное соединение, древесина, массоперенос, конденсация, метод «микропроцессов».
S.V. FEDOSOV1, Doctor of Sciences (Engineering), Academician of RAACS, President (prezident@ivgpu.com); V.G. KOTLOV2, Candidate of Sciences (Engineering), Counsellor of RAACS; R.M. ALOYAN1, Doctor of Sciences (Engineering), Corresponding Member of RAACS, Rector; F.N. YASINSKI3, Doctor of Sciences (Physics and Mathematics); M.V. BOCHKOV1, Engineer
1 Ivanovo State Polytechnical University (20, Mart 8th Street, Ivanovo, 153037, Russian Federation)
2 Volga State University of Technology (3, Lenin Square, Yoshkar-Ola, Republic of Mari El, 424000, Russian Federation)
3 Ivanovo State Power Engineering University (34, Rabfakovskaya Street, Ivanovo, 153003, Russian Federation)
Simulation of Heat-Mass Transfer in the Gas-Solid System at Dowel Joints of Timber Structures Elements. Part. 3 Dynamics and kinetics of moisture transfer during moisture condensation and evaporation
Physical and mathematical models of heat transmission in dowel connection wood are presented. The physical model is based on the idea of wood to be a colloidal capillary-porous body. It was shown that under the changing parameters of the ambient temperature the dowel connection being maintained under (cooling to dew-point temperature) there occurs condensation of the condensed moisture by the Shchukarev's law. The mathematical model is based on the non-stationary differential equation of hydraulic conductivity with boundary-value conditions where cyclical parameter and property changes of the interacting phases are taken into account. The results of the model calculations are provided.
Keywords: dowel connection, wood, mass transfer, condensation, micro-processes method.
В работах [1, 2] рассмотрены проблемы моделирования теплопереноса при работе нагельного соединения элементов деревянных конструкций в условиях переменной тепловлажностной обстановки воздушной среды. При этом отмечено, что важным фактором является учет зависимости теплофизических свойств (плотность, теплоемкость) и коэффициентов переноса (тепло-, тем-пературо- и влагопроводность) от температуры и влаго-содержания (влажности) древесины. На важность учета этих явлений в практике моделирования и расчета те-пломассопереноса в твердых телах постоянно обращается внимание исследователей как в отечественной [3—6], так и в зарубежной [7, 8] литературе.
Обращалось внимание на тот факт, что по этой причине аналитические решения краевых задач тепловла-гопереноса современными средствами математического анализа получить невозможно, и для физико-математического исследования был выбран комбинированный численно-аналитический метод «микропроцессов» [3].
При этом теплофизическая краевая задача теплопроводности при постоянных значениях коэффициентов теплофизических свойств и характеристик переноса была проиллюстрирована на конкретных примерах.
Настоящая статья содержит изложение комплексной проблемы физико-математической постановки и решения задачи влагопереноса в слоях древесины при конденсации влаги в зоне контакта металл — древеси-
In papers [1, 2] we have considered the problems of heat transfer simulation when wooden structures elements of the dowel connection perform some work in the conditions of variable heat and humidity of the air. It was noted that the important factor taken into account is the dependence of thermal-physic properties (density, heat capacity) and transfer coefficients (heat, thermal and hydraulic conductivity) on the temperature and moisture content (moisture) of the wood.
The attention was paid to the fact that for this reason the analytical solutions of boundary value problems of heat and moisture transfer using modern mathematical analysis methods cannot be obtained, and to do physical and mathematical research we chose the combined numerical-analytical method of micro-processes [3]. At the same time, thermal boundary-value problem of heat conductivity at constant values of the coefficients of thermal-physic properties and characteristics of transfer was demonstrated using specific examples.
This article provides the account of the complex problem of physical and mathematical formulation and solution to the problem of moisture transfer in the layers of wood under moisture condensation in the contact zone of metal — wood as a result of temperature fall up to dew point temperature and lower, as well as taking into consideration the process of moisture evaporation at the subsequent temperature rise.
In paper [1] the figure showing the physics of air cooling process was given in I-d-diagram. For better understanding we considered specific parameters of air in the towns of Yoshkar-Ola and Ivanovo during the time interval from
на в результате понижения температуры воздуха до температуры точки росы и ниже, а также учет процесса испарения влаги при последующем повышении температуры.
В работе [1] приведен рисунок, иллюстрирующий физику процесса охлаждения воздуха на /-^-диаграмме. В статье [2] для более ясной четкости иллюстрации рассмотрены конкретные параметры воздушной среды в городах Йошкар-Ола и Иваново во временном интервале с 6.00 17 июля до 12.00 18 июля 2012 г. На рис. 1 показан ход процесса остывания воздуха в Йошкар-Оле с 20.00 17 июля до 8.00 18 июля.
В момент времени т0=18.00 температура воздуха достигла температуры точки росы на рис. 1 [2], охлаждение воздуха продолжалось в течение 18 часов (?с на рис. 1 [2]); за это время из воздуха сконденсировалось количество влаги, равное [4]:
, °С
(1)
рв = (р-рн =
dPAMCB Мвп + dMr]
(3)
И для давления насыщения = 100%) получаем:
D ¿1-7 -7,1
Р„ = 617,74 ехр ——-•
н ' F V238 + tnJ
(4)
tB=23,1°C =23,1°С
ф=66%
ta „=f„ „=16,5°С
=16,5°С
=15,7°С
11,5
dx 103кг/кг Ф103kg/kg
Отметим, что, в силу своей физической природы, древесина никогда не бывает абсолютно сухой [5]. В живой древесине всегда присутствуют транспортные каналы для потоков питания ствола, коры, листвы; в деловой древесине всегда имеется конструкционная влага, содержание которой в твердой фазе определяется условиями равновесия с воздушной средой.
С позиций теории тепломассопереноса [6] древесина является типичным коллоидным капиллярно-пористым телом, содержащим влагу макро- и микрокапилляров, а также осмотическую влагу, входящую в ее биологические клетки [9, 10]. Влага, попадающая на древесину, не мгновенно заполняет поры поверхностных слоев; в соответствии с физическими закономерностями процесс увлажнения протекает во времени и характеризуется определенной кинетикой.
Кинетика конденсации, а следовательно, и испарения влаги на открытой поверхности определяется законом массоотдачи Щукарева [4]:
(¿ГПВЛ , _ г ,
-¡^-шяи-щ. «
где твл — масса конденсированной (испарившейся) влаги, кг; В — коэффициент массоотдачи в газовой фазе, кг/(м2-Па); Рн — парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре точки росы, Па; Рв — парциальное давление водяного пара в воздухе в условиях эксплуатации конструкции, Па; Р — площадь поверхности конденсации (испарения), м2; (+) — конденсация; (—) — испарение.
Давление водяного пара связано с влагосодержани-ем (^) и относительной влажностью воздуха (ф), определяется выражением вида [11]:
Рис. 1. Изображение процесса охлаждения воздуха на фрагменте /-d-диаграммы. Йошкар-Ола, 17-18 июля 2012 г. Кривые для интервала времени: АВ - с 06.00 до 18.00; ВС - с 18.00 17-го до 12.00 18 июля Fig. 1. Air cooling process at part /-d of the diagram. Yoshkar-Ola, July 17-18th, 2012. Time: AB - from 06.00 to 18.00; BC - from 18.00, from July17 to 12.00, July 18
6.00 a.m. on July 17 to 12.00 on July 18, 2012. Fig. 1 shows the progress of air cooling in Yoshkar-Ola from 20.00 on July 17 to 8.00 a.m. on July 18 in article [2].
At the moment of time t0=18.00 the air temperature reached its dew point tmoist in Fig. 1 [2]), the air was cooling for 18 hours, (tdry in Fig. 1 [2]), within this time the amount of condensed moisture from the air was equal to [4]:
Amspecific humidity ~ dmoist ^dry
(1)
Следовательно, при остывании воздуха от температуры до температуры (рис. 1) давление насыщенного водяного пара уменьшится от Рнв до Рнс, а количество выпавшей капельной влаги определится в соответствии с интегрированием уравнения (2) как:
ЛШВЛ = ДР(РНВ - РнсЖ.г, (5)
где — время остывания воздуха от температуры в до 1С.
Let us note that, strictly speaking, due to the physical nature the wood is never completely dry [5]. Living wood has transport channels to feed the trunk, bark and foliage; Industrial wood has structural moisture. Its content is in the solid phase and it is defined by the equilibrium conditions with the air.
From the view point of heat and mass transfer theory [6] wood is a typical colloidal capillary-porous body containing moisture of macro- and micro capillaries and also osmotic moisture to be a part of its biological cells [9, 10]. Moisture that falls into the wood, not instantly fills the pores of the surface layers; according to the physical laws, the moisturizing process takes place in time and it is characterized by specific kinetics.
Kinetics of condensation (and, hence, evaporation) of moisture on the open surface is defined by the law of mass transfer of Shchukarev [4]:
= (2)
Here: mmoist is mass of condensed (evaporated) moisture, kg; jS is a mass transfer coefficient in gaseous phase, kg/(m2-Pa); Pn is partial pressure of saturated water vapor in the air under the dew point temperature, Pa; Pwater is partial pressure of water vapor in the air at design operating conditions. Pa; F is a surface area of condensation (evaporation), m2.
Water vapor pressure is connected with moisture load (d) and relative air moisture (<p) and it is determined by formula [11].
Pwater = <P-Pr, = ~—A. . . (3)
Mu,
+ dM,
dry,a
Hence, for saturation pressure (ф = 100%), we obtain:
Pn = ei7,7Aexp(^f^)
\i30T Lmoistm/
(4)
Известное из теории сушки [6] понятие о максимальной гигроскопической влажности материала предполагает количество влаги, которое может поглотить объем (или масса) материала до определенного предела, свыше которого влага уже не может удерживаться физико-химическими силами (по терминологии академика П.А. Ребиндера), и называется свободной влагой. В науке о древесиноведении [9] существует также понятие об эксплуатационной (равновесной) влажности материала. Следует отметить, что, по данным разных авторов [12], значение величины равновесной влажности для древесины (в зависимости от породы) колеблется в пределах 8—12%, а значение максимального гигроскопического влагосодержания находится в диапазоне 25—30%; влажность традиционно определяется как количество влаги, отнесенное к количеству влажного материала, выражается в процентах и обозначается как W
W =
та
твл + Ш сух
■100%,
(6)
где твл — масса влаги в единице объема влажного тела, кг; тсух — масса сухого скелета в этом объеме, кг.
В то же время в расчетах кинетики и динамики процессов сушки более удобно понятие относительной влажности материала.
W =
тп
т,
(7)
•сух
Соответственно для равновесной и максимальной гигроскопической влажности будем иметь:
W = —Щ "ОТН Шсух "отн.мг.
(8)
Если предположить, что за время 4т1_2 от равновесного до максимального гигроскопического влагосодер-жания увлажнится прилегающий к нагелю слой древесины толщиной 5МГ, то необходимое для этого количество влаги будет определяться из следующего выражения.
W =
"отн
т„
7МВЛ + ТМВЛ р
ТП,
сух
т.
сух
т„
И^,ТН + И^)ТН р WqtH 'р рß
(9)
Из сопоставления выражений (5) и (9) можно полу чить формулу для определения толщины слоя древеси ны, увлажненного до максимального гигроскопическо го влагосодержания.
Рсух(^отн.мг ^^отн.р)
(10)
На практике возможны два случая.
1) когда количество сконденсированной влаги мало и не достигается значения максимального гигроскопического влагосодержания;
2) когда влага сконденсирована в избытке значительно большем, чем И^тн.мг. Далее приведем расчетные результаты, характеризующие динамику влагопереноса в древесине для каждого из этих случаев.
В соответствии с принятым в работах [1, 2] методом «микропроцессов» для математического моделирования тепломассопереноса в древесине нагельного соединения в форме болтовой стяжки, как и ранее, выделим вокруг болта кольцевую зону размером 51=Я1—Яб<0,5Яб, для которой кольцевое сечение может считаться неограниченной пластиной. И в этих условиях краевая задача влагопроводности для выделенной зоны по аналогии
Consequently, while the air is cooling from temperature Water to temperature tdry (Fig. 1), the pressure of saturated vapor decreases from Pn.water to Pn.dry, and the amount of precipitated condensed moisture will be found according to the integration of equation (2) as follows:
Ammoist = ßF(Pn.Water ~ Pn.dry)^l-2,
(5)
Here: is the air cooling time from temperature twater
to tdry.
Known from the drying theory [6] the notion of maximum hygroscopic moisture content of the material involves the amount of moisture that can absorb the volume (or mass) of the material up to the certain limit beyond which the moisture cannot be held by physicochemical forces (according to the terminology of Academician P.A. Rebinder) and which is called free moisture. In wood science [9], there is also the notion of the operational (equilibrium) material moisture content. It should be noted that according to various authors [12] the value of the equilibrium moisture content for wood (depending on the species) is in the range of 8—12%, and the maximum hygroscopic moisture content is in the range 25—30%. We should also note that humidity is defined as the amount of moisture related to the amount of the wet material, and expressed as a percentage and denoted as W
Wrel, =-^^-100%, (6)
^bnoist ' TR-dry Here: m-moist is moisture mass in the unit of volume of the moist body, kg; m-dry is the mass of dry skeleton in this volume, kg.
At the same time, the notion of relative humidity of the material is more convenient to calculate kinetics and dynamics of the drying process:
Accordingly, we have for equilibrium and maximum hygroscopic moisture:
Wrel.=
_rrhn.oistbody
■; Ж
rel.max.hygrr
_mmo ist.max.hygr.
• (8)
mdry ' ' ' mdry
If we assume that during time from the equilibrium
to the maximum hygroscopic moisture content, the layer of wood as thick as Omax.ftysr., adjacent to the block pin will moisten the required amount of moist for this will be defined by the following expression:
... _ ^bnoist.max.hygr. _^bnoist "I" ^bnoistbody _ "re I. ~'
ТПфгу
— Wrei ~i~Wrel.pressure ~ ^rei.
ТПф-у
^bnoist
PdryFS,
(9)
max hygr
Having compared expressions (5) and (9) we can obtain the formula to find the thickness of wood layer of moistened to the maximum hygroscopic moisture content:
J max hygr"
РагУ(Щ
ß [PrLwater Pn.dry\^Tl-2 lei max hygr~ ^rel pressure)
• (10)
In practice, there are two possible cases:
1) when the amount of condensed moisture is little and the value of maximum hygroscopic moisture content is not reached;
2) when the moisture is condensed in excess, much larger than Wiei max hygr. Below, we will show the calculated results characterizing the dynamics of moisture transfer in wood for each of these cases.
In accordance with the method of micro-processes accepted by us in [1, 2] for mathematical modeling of heat and mass transfer in the wood of dowel connection in the form of coupling bolt, as we did before, we will allot a circular zone around the bolt as large as 51=R1—Rb<0,5Rb for which a cir-
с задачей теплопроводности [2] может быть сформулирована следующим образом*.
^ ' '-=кЛ-^Чг^; Т>0; Рб<Г<«!; (11)
ôt
dr2
cular cross section can be considered to be an infinite plate. In these circumstances, the boundary value problem for the selected zone, by analogy with the problem of thermal conductivity [2] can be formulated as follows*:
»Hifr.r) ^fr.T); I£0; ^ (11)
WÎ(r,T)|T=0 = Wi. 0; (12)
Шг,т)\г=п6 = WH; (13)
WiO",T)|r=Rl = wp, (14)
öt dr2
^l(r,T)|T=0 = W1-0;
W1(r,T)\r=Rb = Wrel;
^i(r,T)|r=Ri = Wp,
(12)
(13)
(14)
где — коэффициент влагопроводности в выделенной зоне (своеобразный коэффициент диффузии влаги в
Here: k-¡_ is the coefficient of hydraulic conductivity in the highlighted area, m2/s; (a peculiar diffusion coefficient of moisture in the solid phase); Wrd is relative humidity of the
твердой фазе), м2/с; WH — относительная влажность слоя wood layer adjacent to the block pin, kg of moisture / kg of древесины, прилегающего к нагелю, кг влаги/кг сухого; Wp — относительная равновесная влажность древесины,
dry; Wp is relative equilibrium moisture content, moisture kg
кг влаги/кг сухого.
Введем в рассмотрение безразмерные комплексы:
jj (— г, , W^rrf-Wy _ г
i/1(r,F0m) = -—-H Г =
of moisture / kg of dry.
Let us take into account dimensionless complexes:
Ui (T,Fom) =-777-; r =
W„
Pi — Рб
Wp
kx T
Rx — Rb
ktT
^-(Ri-Rs)2
В итоге краевая задача (11) — (14) запишется так:
U^f.FOn) д2Щ(f,Fom).
(15)
Fo= ■
t0m (Pi - Rb)2
(15)
As a result, boundary value problem (11)—(14) will be written as follows:
Ui(r,Fom) d2U1(f, Fom)
dFo-n
dr2
Ui(r,Fom)\FOm=0 = i/10(f); ^l(^POm)lf=0 = UH; f/1(f,FoJn)|f=1 = 0.
; Fom>0; 0<f<l; (16)
dFo„
(17)
(18) (19)
dr2
i/1(f,FoJn)|FOm=0 = U10r; Ui{r,FOm)\f=0 = Urel; Ui(r,Fom)\f=1 = 0.
; Fom>0; 0<f<l; (16)
(17)
(18) (19)
Again, by analogy with [2], the solution of boundary value problem (16) — (19) will be sought by the integral Laplace И вновь по аналогии с [2] решение краевой задачи transforms method [6]. And then, in the area of images we
obtain:
Щ (?, ^-j-JL sh(yfsr)+
l
(16) — (19) будем искать методом интегральных преоб разований Лапласа [6]. И тогда в области изображений получаем: ^ ^ ^
я) = ■сЛ(л/5 • Г)--Т-- —р (л/хг) +
sh-Js
+
1
л/s • shy/s J
+
sh(ysr) л/s • shyfs
r
Ui.0 {Osh^sif - Odf.
(20)
Jl/MOshVKl-Odf-
о r
J U1M tf)sWi(f - QdZ.
Returning to the originals will result in:
(20)
Возвращение в область оригиналов приводит к записи:
i/i(r,Pom) = i/H
U1(r,Fom) = UH
■ ехр(—n2m2Fow)
(1 — г)--^ sin(7rmr) •
Ж L—I
тп=1 оо 1
+2^sin(Tnnf)Ji/10 (f) •
2
(1 — f)--/ sin(7rmf) ■
л Z_i
m=1 oo 1
+2^sin(jnnf)Jи1Д (О
m=1 о
r2.™2i
■ ехр(—7г2т2Рош)
■ sin(jrmf) ■ exp (-7Г2m2Forn). (21)
Some results of calculations by the expression (21) are shown in Figures 2 and 3. Curves in Fig. 2 illustrate the dynamics of the dimensionless moisture content fields along the dimensionless coordinate for the case when the amount of приведены на рис. 2 и 3. Кривые рис. 2 иллюстрируют precipitated moisture is insufficient to moisten the layers of
m=1 о
2~2i
sin(7rmf) df • exp (—л2m2Fom).
(21)
Некоторые результаты расчетов по выражению (21)
* Для упрощения записи выкладок индекс «отн» временно опускаем.
* We omit indicator relative to simplify the entry.
Рис. 2. Динамика полей безразмерных влагосодержаний в древесине при WH<W„r; Fom: 1 - 0,0001; 2 - 0,001; 3 - 0,01; 4 - 0,1 Fig. 2. Dynamics of the fields of dimensionless moisture content in the wood under Wrel<Wmg, Fom: 1 - 0,0001; 2 - 0,001; 3 - 0,01; 4 - 0,1
динамику полей безразмерных влагосодержаний по безразмерной координате для случая, когда количество выпавшей влаги оказывается недостаточным, для того чтобы увлажнить близко расположенные к нагелю слои древесины до максимального гигроскопического влаго-содержания. И в этом случае диффузия влаги от поверхности нагеля (болта) будет характеризоваться во времени кривыми этого рисунка.
На рис. 3 показаны результаты расчетов, когда количество выпавшей влаги оказывается избыточным, поэтому процесс диффузии влаги в данном случае протекает в соответствии с кривыми 1—4 данного рисунка.
В момент времени, характеризуемый значением мас-сообменного числа Фурье, при котором кривая влагосо-держаний достигнет границы выделенного слоя (кольца) Rj, к рассмотрению подключается второй слой, для которого краевая задача массопроводности сформулируется следующим образом:
dU2(r,Fom) d2U2(f, Fom)
dFOr,
0 <f<
dr2
R2~R\
R? ;
Fom> 0;
U2 (Г, Fom)\FOm=0 = U2,0 (r); d2U2(f,Fom)
dr
= -Ki.
m, 1;
r=0
U2(r,Fom)\r=1 = 0.
(22)
(23)
(24)
(25)
Решение этой задачи в области изображений по Лапласу имеет вид.
1
1
Ki 1 Г
--^ • shVs - -= U20(g)sh*/s (1- Odf.
SVS AsJ
(26)
Рис. 3. Динамика полей безразмерных влагосодержаний при W„>WMr; Fom: 1 - 0,0001; 2 - 0,001; 3 - 0,01; 4 - 0,1
Fig. 3. Dynamics of the fields of dimensionless moisture content under Wre>Wmg, Fom: 1 - 0,0001; 2 - 0,001; 3 - 0,01; 4 - 0,1
wood located close to the block pin to the maximum hygroscopic moisture content. Again in this case, the diffusion of moisture from the surface of the block pin (bolt) will be characterized by the time with the curves of this figure.
Fig. 3 shows the calculation results when the amount of precipitated moisture is excessive, therefore, the process of diffusion of moisture in this case occurs in accordance with Curves 1—4 of this figure.
At the time characterized by the value of the mass transfer Fourier number at which the curve of moisture content reaches the boundary of the selected layer ("ring") Rj, the second layer is taken into consideration, the boundary value problem of which mass conductivity is formulated as follows:
dU2(r,Fom) _ d2U2(f,Fom) Fq >Q
dFom d?2 ' m '
Rz-Ri
0 <f<-
R?
U2(rlFom)\FOm=0 = U2.o(r); d2U2(r,Fom) _ .
— ~Klm,l~
dr
r=0
U2(r,Fom)\f=1 = 0.
The solution of this problem in Laplace transform is:
cnys sys
1
+ ±Ju2.0(OshVt(i-OdO-
(22)
(23)
(24)
(25)
U2,0 (f)shVt (1- №
(26)
Соответственно, после несложных, но громоздких преобразований, которые мы опускаем, в области оригиналов можем записать.
Accordingly, after simple but cumbersome transformations which we omit we can write in the field of originals:
m=l
•cos [|(2m- l)f] -exp [-|2(27n-l)2Fom] j+
+2 J* U2. o ( Odf + 2i cos g (2m - 1 )f ] • ~exp[~f (2m-l)Fom ■ •J>2.o(Ocosg(2m-l)f]df. (27)
100 m=1
• cos ^ (2m - l)r] • exp — — (2m- l)2Fom|
+2 £ i/2.o( Odf + 2 2-=1 cos g (2m - l)f] ■ exp (2m - l)Fom • •J04.otf)cos[f(2m-l)f]df
+
(27)
Результаты расчетов по выражению (27) приведены на рис. 4 в виде кривых безразмерных влагосодержаний в зависимости от значений безразмерного критерия Fom при различных значениях массообменного критерия Кирпичева.
Когда и во втором кольце точка пересечения профиля безразмерных влагосодержаний достигнет границы f=1, к первым двум зонам добавляется третья. При этом краевая задача массопроводности (16) — (19) распространяется на две первые зоны, а задача (22) — (25) переходит на третье кольцо (зону). В дальнейшем ситуация повторяется с вовлечением в расчет очередного кольца.
Данный подход дает возможность прослеживать динамику полей влагосодержаний в увлажненной древесине нагельного соединения при воздушно-капельной конденсации влаги.
Следующая публикация будет посвящена изложению результатов математического моделирования вла-гопереноса в совмещенном процессе испарения конденсированной влаги и ее диффузии от нагеля во внутренние слои древесины.
Список литературы
1. Федосов С.В., Котлов В.Г., Алоян Р.М., Ясинский Ф.Н., Бочков М.В. Моделирование тепломас-сопереноса в системе газ — твердое при нагельном соединении элементов деревянных конструкций. Часть 1. Общая физико-математическая постановка задачи // Строительные материалы. 2014. № 7. С. 86-91.
2. Федосов С.В., Котлов В.Г., Алоян Р.М., Ясинский Ф.Н., Бочков М.В. Моделирование тепломас-сопереноса в системе «газ-твердое» при нагельном соединении элементов деревянных конструкций. Ч. 2. Динамика полей температур при произвольном законе изменения температуры воздушной среды // Строительные материалы. 2014. № 8. С. 73-79.
3. Федосов С.В. Тепломассоперенос в технологических процессах строительной индустрии. Иваново, ПресСто. 2010. 364 с.
4. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1961. 830 с.
5. Справочник по сушке древесины. Под редакцией Богданова Е.С. М.: Лесная промышленность, 1990. 304 с.
6. Лыков А.В. Теория сушки. М.: Энергия, 1968. 472 с.
7. Das B., Das A., Kothari V.K., Fangulero R., de Araujo M. Moisture transmission through textiles. Part 1: Processes involved in moisture transmission and the
Рис. 4. Динамика полей безразмерных влагосодержаний: Kim Fom: 1 - 0,0001; 2 - 0,001; 3 - 0,01; 4 - 0,1
Fig. 4. Dynamics of the fields of dimensionless moisture content Kim 1=0,1; Fom: 1 - 0,0001; 2 - 0,001; 3 - 0,01; 4 - 0,1
The results of calculations by expression (27) are shown in Fig. 4 in the form of curves of dimensionless moisture content depending on the values of dimensionless criterion Fom for different values of Kirpichov mass transfer criterion.
When the point of intersection of the dimensionless moisture load in the second "ring" reaches boundary r [with upper line] = 1, the third zone is added to the first two zones. At the same time, boundary-value problem of mass conductivity (16)—(19) concerns the first two zones and problem (22)— (25) passes onto the third "ring" (zone). Further the situation is repeated and another "ring" is taken into account.
This method allows us to follow the dynamics of moisture load in the moistened wood of the dowel connection under carry-over moisture condensation.
The article to follow is on the results of the mathematical simulation of moisture transfer in the combined method of evaporation of the condensed moisture and its diffusion from the block pin into the wood internal layers.
References
1. Fedosov S.V., Kotlov V.G., Aloyan R.M., Jasinski F.N., Bochkov M.V. Simulation of heat-mass transfer in the gassolid system at dowel joints of timber structures elements. Part. 1. General physical and mathematical problem. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 7, pp. 86-91. (In Russian).
2. Fedosov S.V., Kotlov V.G., Aloyan R.M., Jasinski F.N., Bochkov M.V. Simulation of heat-mass transfer in the gassolid system at dowel joints of timber structures elements. Part 2. Dynamics of temperature fields at arbitrary law of changes of air environment temperature. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 8, pp. 7379. (In Russian).
3. Fedosov S.V. Teplomassoperenos v tekhnologicheskikh protsessakh stroitel'noi industrii [Heat and mass transfer in technological processes in construction industry]. Ivanovo: PresSto. 2010. 364 p.
4. Kasatkin A. G. Osnovnye protsessy i apparaty khimicheskoi tekhnologii [Basic processes and devices of chemical technology]. Moscow: State Research and Engineering Publishing House of chemical literature. 1961. 830 p.
5. Bogdanov E.S. Spravochnik po sushke drevesiny [Handbook of wood drying]. Edited by Bogdanov E.S. Moscow: Forest Industry. 1990. 304 p.
6. Lykov A.V. Teoriya sushki [Theory of drying]. Moscow: Energiya. 1968. 472 p.
7. Das B., Das A., Kothari V.K., Fangulero R., de Araujo M. Moisture transmission through textiles. Part 1: Processes involved in moisture transmission and the factors at play. AUTEXResearch Journal. 2007. Vol. 7, No. 2, pp. 100-110.
factors at play. AUTEX Research Journal. 2007. Vol. 7, No. 2, pp. 100-110.
8. Banerjee D., Zhao S., Schabel S. Heat transfer in thin porous fibrous material: mathematical modelling and experimental validation using active thermography. AUTEX Research Journal. 2010. Vol. 10. No. 4, pp. 9599.
9. Патент РФ на изобретение № 1604945. Кл. E 04 B 1/49. Соединительный элемент для крепления деревянных деталей / Котлов В.Г., Степанов Н.Н. Опубл. 08.07.1990. Бюлл. № 4612756. 3 с.
10. Патент РФ на изобретение № 127775. Кл. E 04 B 1/49. Крепежный элемент для соединения деревянных деталей / Котлов В.Г., Шарынин Б.Э., Муратова С.С. Опубл. 10.05.2013. Бюлл. № 13. 3 с.
11. Комиссаров Ю.А., Гордеев Л.С., Вент Д.П. Процессы и аппараты химической технологии. Под ред. Комиссарова Ю.А. М.: Химия, 2011. 1229 с.
12. Уголев Б. Н. Древесиноведение и лесное товароведение. 2-е изд. М.: Издательский центр «Академия», 2006. 272 с.
В.И. Корнеев, П.В. Зозуля
СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ СОСТАВ, СВОЙСТВА
М.: РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ.., 2010. 320 С.
Изложены основы современных представлений о сухих строительных смесях и растворах.
Приведены основные определения и классификации сухих смесей. Охарактеризованы составляющие: вяжущие; заполнители, наполнители, функциональные добавки. Показана методика проектирования составов. Описаны основные группы CGC, их состав и свойства. В приложении даны основные применяемые термины и определения, наиболее употребляемые единицы измерения, перечень российских и зарубежных стандартов и др.
Допущено учебно-методическим объединением в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся го специальности «Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов».
Стоимость одного экземпляра 900 р. без учета доставки
По вопросам приобретения книги обращаться по тел./факсу: (499) 976-22-08, 976-20-36 E-mail: mail@rifsm.ru
8. Banerjee D., Zhao S., Schabel S. Heat transfer in thin porous fibrous material: mathematical modelling and experimental validation using active thermography. AUTEX Research Journal. 2010. Vol. 10. No. 4, pp. 95-99.
9. Patent RF No. 1604945. Cl. E 04 B 1/49. Soedinitel'nyi element dlya krepleniya derevyannykh detalei [Connecting element for fastening wooden parts]. Kotlov V.G., Stepanov N.N. Published 08.07.1990. Bulletin No. 4612756. 3 p. (In Russian).
10. Patent RF No. 127775. Cl. E 04 B 1/49. Krepezhnyi element dlya soedineniya derevyannykh detalei [Fixing element for connecting wooden parts]. Kotlov V.G., Sharynin B.E., Muratova S.S. Published 10.05.2013. Bulletin No. 13. 3 p. (In Russian).
11. Comissarov Y.A., Gordeev L.S., Vent D.P. Protsessy i ap-paraty khimicheskoi tekhnologii [The processes and apparatuses of chemical technology]. Moscow: Khimiya. 2011. 1229 p.
12. Ugolev B.N. Drevesinovedenie i lesnoe tovarovedenie [Wood science and forestry merchandising]. 2nd ed. Moscow: Publishing Center Academy, 2006. 272 p.
IIu'PAuyPA
Печи для производства извести
А.В. Монастырев, Р.Ф. Галиахметов
Воронеж: Издательство «Истоки», 2011.392 с.
В справочнике приведены конструкции и основные технические характеристики отечественных и зарубежных шахтных и вращающихся печей, печей кипящего слоя и взвешенного состояния, их загрузочных и разгрузочных устройств, топок и горелок для сжигания твердого, пылевидного, жидкого и газообразного топлива, тягодутьевых машин, устройств для очистки печных отходящих газов. Рассмотрены вопросы измерения основных параметров процесса обжига сырья в печах, безопасности сжигания в них газообразного топлива, контрольно-измерительные приборы и автоматика.
Приведены основные технические требования потребителей к свойствам извести, карбонатному сырью и технологическому топливу. Даны физико-химические основы постепенного и скоростного процессов обжига карбонатных пород на известь. Кратко изложены основы методики расчета шахтных, вращающихся печей и печей кипящего слоя. Приведены основные показатели эксплуатации печей в различных отраслях промышленности.
Справочник предназначен для инженерно-технических работников предприятий и цехов по производству извести черной и цветной металлургии, содового производства, производства сахара, производства строительных материалов и других отраслей промышленности. Будет полезен специалистам проектных, наладочных, научно-исследовательских организаций, занимающихся вопросами производства извести, а также работникам учебных заведений, изучающих производство извести.
Электронная подписка на журналы издательства "СТРОЙМАТЕРИАЛЫ"
http://ejournal.rifsm.ru/
