CC BY
9
Науковий вкник НЛТУ УкраУни. - 2012. - Вип. 22.4
5. 1НФОРМАЦ1ИН1 ТЕХНОЛОГИ ГАЛУЗ1
УДК 674.047 Проф. 1.М. Озаркв, д-р техн. наук; астр. В.С. Козар;
доц. I.A. Соколовський, канд. техн. наук - НЛТУ Украти, м. Львiв
ОСОБЛИВОСТ1 ЗОВН1ШНЬОГО ТЕПЛООБМ1НУ В ПРОЦЕС1 ГЕЛ1ОСУШ1ННЯ ДЕРЕВИНИ
Розкрито особливост перенесення теплоти та вологи в процесi комбшованого променево-конвективного сушiння деревних сортиментiв. Наведено формули розра-хунку теплообмiнних параметрiв i3 врахуванням геометричних характеристик об'екпв сушiння та режимних параметрiв гелюсушшня, а також швидкостi сушiння в першому перiодi.
Ключовг слова: гелюсушшня, теплообмш, вологообмiн, критери Рейнольдса i Прандтля.
Вiдомо [1], що в процес сушшня, коли сушильний агент (нагргге по-вiтря) перемiщаeться вщносно поверхнi деревини, то в безпосереднш близь-костi до ще! поверхш утворюеться так званий пограничний шар, який досить сильно впливае на штенсивнють самого процесу сушiння. Частини повиря, якi безпосередньо торкаються поверхш об'екта сушшня, адсорбуються нею. Отже, весь потж агента сушiння умовно може бути роздшений на пристшний (пограничний) шар i зовнiшнiй потж, так званий потенцiальний потiк. У зов-нiшнiм потоцi сили в'язкост досить малi порiвняно зi силами шерцп i пови-ря; його можна розглядати як нев'язке середовище. У серединi пограничного шару сили шерцп i сили в'язкостi спiврозмiрнi за величиною.
Встановлено, що товщина теплового динамiчного пограничного шару залежить вiд вiддалi вiд передньо1 кромки пластини, а також в'язкост та швидкосп руху теплоносiя. Зауважимо, що за товщину температурного або динамiчного шару приймають вiддаль по нормалi вiд поверхнi об'екта сушш-ня, на якш швидкiсть досягае значення, яке дорiвнюе 99 % швидкост потоку сушильного агента.
Iнтенсивнiсть сушiння буде максимальною, коли можливосл перенесення маси (вологи) i тепла в пограничному шарi вiдповiдають можливостям перемiщення вологи й тепла всередиш матерiалу (об'екта сушшня). Це озна-чае, що розв'язання двох задач процесу сушшня повинне зводитись до штег-рування певно! системи рiвнянь перенесення тепла й маси (вологи), як в самому об'екп сушшня, так i всередиш агента сушшня, що оточуе цей матерь ал. З огляду на те, що на сьогодш поки-що не отримано кшцевого розв'язання задач, предметом теорп сушшня е i буде окреме вивчення закономiрностей внутршньо! тепломасопровiдностi i зовшшнього тепломасоперенесення.
Тому кiлькiснi характеристики явищ тепломасообм^ мiж агентом сушiння та об'ектом сушiння (коефiцiенти тепло- та вологообм^) е необхщ-
5. !нформацшш технолог! галуз1
329
Нацюнальний лкотехшчний унiверситет УкраУни
ними для розрахунку тривалостi сушiння i аналiзу самого процесу зневоднен-ня вологого матерiалу. Крiм того, вони входять у формули розрахунку часу сушшня, а також в рiвняння балансу тепла i маси.
Основне балансове рiвняння комбiнованого (в нашому випадку кон-вективно-терморадiацiйного) сушiння в загальному випадку мае вигляд [2]
qвипр + аколв(^с — tп.м) = г ' qm + cм ' рб ' R ' ~ ; (1)
ат
де: qвипр - густина результуючого променевого потоку; (qвипр=qсон.пр - qпол qсон.пр, qпогл - вщповщно питомi тепловi потоки сонячного випромiнювання i поглиненого матерiалом); аконв - коефiцiент теплообмшу, Вт/(м2-°С); /п.м -вщповщно температура агента сушiння i поверхнi об'екта сушшня, °С; г - пи-тома теплота пароутворення (залежить вщ температури); q'm - штенсивнють випаровування, кг/(м2-°С); См - питома теплопровщнють об'екта сушшня, С=/(Ъ w), Дж/(кг-°С); рб - базова густина деревини, кг/м3; R - визначальний (характерний) розмiр, який для пластинчастих сортименпв дорiвнюе полови-ш товщини, тобто 5^1/2, м; А/А - швидюсть нагрiвання об'екта сушшня, °С/с.
Iнтенсивнiсть випаровування води з одинищ поверхнi визначиться за формулою [1, 2]
' dw / ат аи , 2ог /ОЛ
qm = Рб• R —тт:—= Рб• R■— кг/м -°С, (2)
100 ат
де и - вологовмют деревини, кг води/кг сух. матер.
Коефщент теплообмшу в процеш конвективного сушiння, як показали нашi дослiдження, можна визначити за формулою критерто Нусельта [2]
Шконв = 0,0641 ■ Яе0,80 Г £ Т ■ Рг°,33 (1 ■ ЬшщТ, (3)
^ Тм) ^ Яепов 51 )
де: Re, Рг - вщповщно критерп Рейнольдса i Прандтля; Тс, Тм - абсолютш температури сухого та мокрого термометрiв, К; Ьшщ - ширина штабеля, м; 51 - товщина об'екта сушшня, м; Reпов (Кеп^и^сЬиЩ - критерш Рейнольдса на поверхнi ряду дощок; vс - коефiцiент кшематично! в'язкостi, м2/с.
Швидкiсть сушiння в певному перiодi конвективно-терморадiацiйного сушiння визначиться
м ГШ ■Ъ / I (с - п)+ qeипр~}■100 %/с (4)
Рб■Г■К
Незважаючи на те, що геометрична модель пластинчастих сортимен-тiв (дощок, ЧМЗ, паркетно! фризи тощо) дуже проста, але точнi розрахунки нестацюнарного променево-конвективного теплообмiну е досить складними. Особливо тодi, коли необхiдно враховувати розиювання iнфрачервоного випромiнювання по поверхш матерiалу, або, коли вiдбуваеться нерiвномiр-ний розподiл температур в паралельних площинах.
Що стосуеться коефiцiента теплообмшу в процеш конвективно-термо-радiацiйного сушшня вщ низькотемпературних гелiоколекторiв, то з метою
330
Збiрник науково-технiчних праць
Науковий вкник НЛТУ Укра'1'ни. - 2012. - Вип. 22.4
спрощення розрахункових формул як потенщал променевого теплообмшу доцiльно використовувати рiзницю ступенiв температур випромшювача i по-верхнi об'екта сушшня, тобто:
Впр ' ¿0'
Т х4 (Т л 4
1 пов.г.випр 1 пов.м
100 ) \ 100
(5)
З огляду на те, що поглинаючим середовищем пiд час сушшня комбь нованим способом е поверхневий шар матерiалу, для променево-конвектив-ного теплообмiну авипр=аконв.
У загальному випадку, коефiцiент комбiнованого промене-конвективного теплообмшу, iз врахуванням рiвняння (1), визначаемо
' + Г К — -
г ' Чт + Гт ' рб ' К ' 1 Чвипр
аКомб =---^-, Вт/м2-°С. (6)
1С 1пм
Для першого перюду сушiння, коли коефiцiент теплообм^
визначиться за формулою
атм5 = Г' qm_ Чвипр , Вт/м2-°С (7)
to tn.M
Використати цю формулу для практичних розрахунюв неможливо через те, що заздалепдь знати числовi значення штенсивностей сушiння qm неможливо. Вона у цьому випадку й е шуканою.
Л1тература
1. Озарив 1.М. Теплов1 процеси деревообробки : навч. поабн. / 1.М. Озарив, П.В. Бшей, В.М. Максим1в та ш. - Льв1в : Вид-во НЛТУ Украши, 2008. - 264 с.
2. Озарив 1.М. Науково-техшчш основи конвективно-рад1ацшного сушшня деревини : дис. ... д-ра техн. наук / 1.М. Озарив. - Льв1в : Вид-во НЛТУ Украши, 2006. - 404 с.
Озаркив И.М., Козар В.С., Соколовский И А. Особенности внешнего теплообмена в процессе гелиосушки древесини
Раскрыты особенности переноса теплоты и влаги в процессе комбинированной лучево-конвективной сушки древесных сортиментов. Приведены формулы расчета теплообменных параметров с учетом геометрических характеристик объектов сушки и режимных параметров гелиосушки, а также скорости сушки в первом периоде.
Ключевые слова: гелиосушка, теплообмен, влагообмен, критерии Рейнольдса и Прандтля.
Ozarkiv I.M., Kozar V.S., Sokolovskyj IА. The features of external heat exchange during the helio wood drying
The features of heat transfer and moisture during of the combined beam-convective drying of wood assortments are cited. Calculating formulae of the heat transfer parameters are taking into account objects geometrical characteristics and drying regime parameters heliodrying and speed drying was cited in the first period.
Keywords: heliodrying, heat exchange, moisture exchange, criteria Reynolds and Prandtel.
5. Тнформацшш технолог'' ^-lyii
331
