Оптимізація полів випромінювання у геліосушильній установці

І. М. Озарків; В. М. Максимів; М. С. Кобринович; З. П. Копинець

3. ТЕХНОЛОГ1Я ТА УСТАТКУВАННЯ Л1СОВИРОБНИЧОГО КОМПЛЕКСУ

УДК 647.047 Доц. 1.М. Озаршв, 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

ОПТИМ1ЗАЦ1Я ПОЛ1В ВИПРОМ1НЮВАННЯ У ГЕЛЮСУШИЛЬНШ УСТАНОВЦ1

Наведено критерп ощнки оргашзацп полiв випромшювання у процесi конвек-тивно-радiацiйного сушшня.

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

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

Radiation fields optimization in geliodrying plant

The radiation fields organization estimation criterions in process of convective-radi-ation drying have been represented.

У процес конвективно-рад1ацшного сушшня значна кшьюсть теплоти матер1алу (об'екту сушшня) передаеться вщ випромшювача та огороджень (екрашв). Оптимальшсть конструкцш сушарок значною м1рою регламенту -еться, насамперед, ф1зичним обгрунтуванням розрахунку потоку теплового випромшювання.

Вивчення оптичних властивостей деревини залежно вщ температури показало, що з тдвищенням температури в област спектра 1.. .5 мкм (Т > 579,6 К або 306°С) величина ступеня чорноти е зростае при на^ванш вщ 20°С до 100°С на 2.15 % залежно вщ довжини хвкш (X = 1,6.3,8 мкм). У област спектра X>5,0 мкм (Т<579,6 К) значення е з1 змшою температури зм1нюеться незнач-но (всього на 1.2 %). Тому, враховуючи останне, впливом коливань температури на стутнь чорноти при сушшт деревини i деревних листових матер1ал1в у даапазош температури 25.. ,250°С (X = 9,9 .5,4 мкм) можна знехтувати.

Таким чином, селектившсть деревини i деревинних матерiалiв, як i матерiалiв рефлекторiв (вiдбивачiв), за рахунок варiацil спектрального складу джерела випромшювання i селективностi матерiалiв рефлектора доцiльно ви-користовувати для штенсифжаци теплових процесiв деревообробки. У пев-них випадках, коли селектившсть мае взаемно протилежний характер, то бу-де юнувати зона постшност критерiю селективностi, тобто система може вести себе як квазiсiра. Тому великого значення набувае правильна оргашза-щя поля випромiнювання.

Геометрiя само! терморадiацiйноl сушарки: форма, вид i розмiри гене-раторiв IЧ-випромiнювання, рефлекторiв i об,ектiв сушiння значно вплива-ють на ступiнь концентраци випромшювально! частини установки, яка визна-чае частку оргашзовано! частини потоку в результуючому потощ випромшю-вання (остання залежить вiд правильного вибору i розрахунку, наприклад,

3. Технологiя та устаткування деревообробних шдприемств

101

Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраТни

форми рефлекторiв при використаннi лiнiйних випромiнювачiв). Отже, час-тка потокiв, якi безпосередньо падають на об'ект опромiнення, будуть зале-жати вiд оргашзаци полiв випромiнювання, тобто вiд того оргашзований чи неорганiзований або дифузний (ентропний) потiк випромiнювання. Тому, для останнього випадку частку променевого потоку вщ генераторiв, який падае на об'ект шсля першого вiдбивання, визначають кутовим коефщентом. У ра-зi оргашзованого поля весь потiк пiсля першого вщбивання вiд поверхнi рефлектора, який концентруе енерпю, попадае на поверхню об'екта опромiнення. Таким чином, коефщент оргашзаци поля випромiнювання ^ерг виражае частку корисного променевого потоку випромшювача, який безпосередньо ви-користовуеться в об'ектi опромiнення без трансформаци спектрального складу випромшювання або iз заданою трансформацiею.

Як показали нашi розрахунки, потiк випромшювання, який багаторазо-во вiдбитий в дифузнш i дзеркальнiй площинах розподшяеться в !х об'емi практично однаково i рiзниця мiж ними становить 2...5 %. Крiм початкового вибору спектрально! функци випромiнювача Г(Я, Т) з одночасним врахуван-ням селективност АЯ деревини, важливу роль набувае керування спек-

тральним складом випромiнювання за рахунок i ^-фшьтрування, коли небажана спектральна частина поглинаеться чи зменшуеться при вщбиванш i пропусканнi, або, в крайньому випадку, виключаеться iз самого процесу теп-лообмiну. Варто вщзначити, що такий шлях може бути економiчнiшим через виграш в штенсифжаци, хоч може потягнути за собою велик затрати на виго-товлення вщповщних фiльтрувальних пристро1в - коефщент збiльшення швидкостi процесу теплообмшу випромiнюванням за рахунок фiльтрування).

Таким чином, ефективний критерш (коефiцiент) джерела визначають

де С£шр - критерш ефективност спектрального складу джерела шфрачерво-ного випромiнювання.

Своею чергою, кожний конструктивний елемент (генератор випромшю-вання, рефлектор, огородження установки), як i об'ект опромiнення (деревина), буде вносити певний вклад в кожний спектральний дiапазон, в т.ч. на т дiапазо-ни хвиль, якi е визначальними i впливовими, як на швидюсть нагрiвання або су-шшня (про що говорилось нами вище), так i на яюсть теплового процесу, вихо-дячи iз частки потоку в поглиненому (результуючому) потощ випромiнювання.

Внаслiдок припущення наявностi лшшно! залежностi мiж швидкiстю теплово! обробки (на^вання, сушiння) i критерiем ефективност спектрального складу СВ""р можна записати для частки випромшювання кожного тша в поглиненому потощ

Для випромшювально! системи, що складаеться iз генератора, рефлектора, огороджень i об'екта опромiнення, додатковий ефект збiльшення £джер (за рахунок ¥(Х„ Т), фiльтрування i оргашзаци поля випромшювання) визначають таким чином:

(1)

V =

■У2 + ... +

V 'К ■V). (2)

102

Збiрник науково-технiчних праць

„ _ АЛ,44Р44Е4 ~ + АЛ,24Р42Е2 ~ + АЛ,43Р34Е3 ~ +

Е~погл

АЛ,41р4Е1 гдж

е

Епогл

(3)

>Е -С-Е -С-Е -С-Е

де Ру - розрiзнювальний кутовий коефщент опромiнення.

У матричнiй формi рiвняння теплообмiну в iнфрачервонiй сушильнiй установщ можна представити

В-рЯл)-ЕПад _^рЕвласн, (4)

АЛ АЛ

т^власн • г

де Е - густина власного потоку випромшювання, тобто випромшювально-го тшом в усi боки.

Величину Евласн виражають через функцiю випромiнювача Е(Л, Т) й ш-тенсивнiсть випромшювання рiвнянням виду

Евласн _\Е(Л,Т)■ Бл,о (Л,Т) ■ ёЛ, (5)

Л

а результуючий потiк ^зниця власного i поглиненого потокiв, тобто потш, який залишаеться в тш i йде на змiну його внутршньо! енерги в результат процесiв випромiнювання i поглинання) Ерез визначають

ЕГ _ АллЕ?ад - Е, (6)

Вл_

1 0 0 0

0 1 0 0

0 0 1 0 ; р_

0 0 0 0

Р11 Р12 Р13 Р4

Р21 Р22 Р23 Р24

Р31 Р32 Р33 Р34

Р41 Р42 Р43 Р44

(7)

де р- кутовий коефiцiент (шдекси i матрицi вiдповiдають номерам тш, що беруть участь в теплообмш).

Треба вiдзначити, що наведенi вище рiвняння променевого теплообмь

! • тпогл /-! • /

ну розв язують вiдносно Е об екта опромшення (в нашому випадку дереви-ни). При цьому задають такi вихiднi параметри: ТЛ, Ерез = а(Те - Тсер) або ЕЛпогг1 i АЛ та ЯЛ для всiх поверхонь, що беруть участь у променевому теплооб-мшь У випадку, коли система рiвнянь нелiнiйна, то розв'язок И здшснюють iтерацiйним методом до повного збшу Ер при заданому пробному Те. 1накше кажучи, при задаваннi Тх або Е"огг1 i за вщсутност експериментальних даних необхiдно перевiрити сходимють Ехогл за розв'язанням внутршньо! задачi (але це необхiдно пiдчас розрахунку i не вимагаеться при критерiальному пiдходi правильностi вибору випромiнювача i спектрофотометричних власти-востей огороджень установки).

Таким чином, система критерив оцiнки ступеня оптимiзацil вщносно базово! сушильно! установки

Ь суш

V

_ гвипр горг Гф Г баз '*=>е

(8)

дае уявлення про порiвняльну ефектившсть ^ст сушильних установок i знач-но скорочуе кiлькiсть експериментiв.

При цьому ефектившсть суш можна коректувати дослiдним шляхом.

3. Технологiя та устаткування деревообробних пiдприeмств

103

Radiation fields optimization in geliodrying plant

Текст научной работы на тему «Оптимізація полів випромінювання у геліосушильній установці»