CC BY
14
Билей П.В., Соколовский И.А. Основы кинетики процесса сушения
Рассмотрены физические явления, которые описывают кинетику процесса сушения, которая характеризуется изменением влажности (вологовмисту) материала за определенный промежуток времени. Процесс сушения разделен на два периода: постоянной и замедленной скоростей сушения. Выведены зависимости между интенсивностью теплообмена и скоростью сушения для обоих периодов с использованием закона сохранения энергии и массы вещества. В этих уравнениях использован теплообменный и масообмен-ный критерии Нуссельта и Ребиндера. Приведенная методика дает достаточно точные для практического использования результаты из определения кинетики процесса любого способа сушения.
Ключевые слова: теплообмен, массообмен, влажность, вологовмист, температура, теплопроводимость, конвекция, сушение, кинетика, критерии, скорость сушения, интенсивность.
Bylei P. V., Sokolovsky I.A. Fundamentals of Drying Kinetics
The physical phenomena that describe the kinetics of the drying process, which is characterized by a change in humidity (moisture content) of material over certain period of time were considered. The drying process was divided into two periods: the continuous and slow speed drying. Relationships between the intensity of heat transfer and drying rate for both periods, using the law of conservation of energy and mass of the substance have been displayed. In these equations a heat transfer and mass transfer Nusselt and Rebinder criteria were used. The method gives sufficiently accurate results for practical use to determine kinetics of any kind of drying.
Key words: heat transfer, mass transfer, humidity, moisture, temperature, conductivity, convection, drying kinetics, criteria, rate of drying, intensity.
УДК 674.04 Доц. Б.Я. Кшивецький, д-р техн. наук - НЛТУ Украти, м. Львiв
ПРАКТИЧН1 РЕКОМЕНДАЦН ЩОДО ПРОГНОЗУВАННЯ МЩНОСТ1 ТА ДОВГОВ1ЧНОСТ1 ТЕРМОПЛАСТИЧНИХ КЛЕЙОВИХ З'еДНАНЬ ДЕРЕВИНИ
Запропоновано практичш рекомендацп щодо прогнозування мщност та довгс^ч-ност термопластичних клейових з'еднань деревини за допомогою математичних моделей. Розроблено вщповщне комп'ютерне забезпечення, яке дае змогу прогнозувати мщ-шсть та довгс^чшсть термопластичних клейових з'еднань деревини у виробничих умо-вах з мшшальннми затратами та без особливих навиюв користувачш. Шд час прогнозування необхщно вибрати породу деревина, й щшьшсть, ступень навантаження клейово! композици, коефщенти для певно! породи деревина та середньозважену добову, мiсячну або рiчну температуру та вологiсть навколишнього середовища. Результати прогнозування мщносп та довгс^чност термопластичных клейових з'еднань деревини отримано у числових значеннях та графiчнiй штерпретацп.
Термопластичнi клейовi з'еднання деревини потребують особливого шд-ходу до прогнозування мiцностi та довroвiчностi, осюльки вплив вологостi й температури навколишнього середовища на них призводить до змiни напружено-деформацiйного стану як деревини, так i клею та характеризуються втомою самого з'еднання. Тобто фiзико-механiчнi процеси, що будуть проходити у термопластичних клейових з'еднаннях деревини, вiдрiзнятимуться ввд процесiв старiння та деструкцií, ят характеризують термореактивнi клейовi з'еднання деревини.
Дослщити напружено-деформацшний стан у термопластичних клейових з'еднань деревини можна на основi всебiчного вивчення фiзико-хiмiчних та фiзи-ко-механiчних процесiв, якi будуть проходити у клейовш плiвцi та деревиш. Цi
процеси вивчались на основ1 результатгв експериментальних досл1джень довго-в1чност1 та мехашзм1в формування 1 руйнування клейових з'еднань деревини. Для прогнозування шцносп та довгов1чност1 термопластичних клейових з'еднань деревини використовувались методи математичного та 1м1тащйного моделюван-ня. Основш результати досл1джень наведено в наукових публжащях [1-5].
Результати дослщжень мехашзмш формування та руйнування термопластичних клейових з'еднань деревини та утворення адгезшних 1 когезшних зв'язюв шд час цикшчно!' до вологосп та температури навколишнього середовища дали змогу синтезувати ф1зико-х1м1чш та ф1зико-мехашчш процеси у термопластичних клейових з'еднаннях деревини. Поеднання математичного та шггащйного моделювання напружено-деформацшного стану залежно вщ температури та во-логосп дало змогу отримати математичну модель прогнозування шцносп та дов-гов1чносп для термопластичних клейових з'еднань деревини. Використання чис-лових метод1в дало змогу розробити загальнодоступний 1 простий мехашзм по-будови математичних моделей прогнозування шцносп та довгов1чносп термопластичних пол1вш1лацетатних клейових з'еднань деревини дуба та сосни (1, 2).
Математична модель для прогнозування мщносп:
а = -А(/)ДГ(/) + Д W(/) ехр(-а(/)г(/)); (1)
математична модель для прогнозування довговиносп:
т® = ■ 1п
С()
г
в() ■ДW® кагран+ А® ДТ®
(2)
де: ДТ® - середньозважена температура навколишнього середовища, оС; ДW(г) -середньозважена волопсть навколишнього середовища, %; агран. - гранична мщ-нкть з'еднання; параметри А®, В(\ С(> - залежш в1д змши температури 1 вологос-п навколишнього середовища.
Математичш модел1 (1, 2) дають змогу прогнозувати шцшсть 1 довгов1ч-нкть для структурованих 1 неструктурованих термопластичних полшншацетат-них клейових з'еднань деревини дуба та сосни за короткий пром1жок часу та без руйнування клейових з'еднань деревини [6, 7].
За допомогою отриманих математичних моделей можна прогнозувати шцшсть та довгов1чшсть термопластичних клейових з'еднань не лише для деревини дуба та сосни, але шших порщ деревини. Для цього необхвдно враховувати ф1зико-мехашчш характеристики порвд деревини, що склеюються. Даш характеристики в математичних моделях враховано за допомогою коефщента на породу деревини кп.д. Розрахунок цього коефвдента здшснено за результатами пришвид-шених експериментальних дослвджень [8].
Для шдтвердження корелящйного зв'язку м1ж результатами пришвидше-них 1 тривалих експериментальних дослвджень розраховано масштабний коефь щент км. [9].
Математичш модел1 для прогнозування мщносп та довгов1чносп термопластичних клейових з'еднань деревини з врахуванням коефвдента на породу деревини кпд. та масштабного коефвдента км. матимуть вигляд:
а = к„А ■ км ■ (-А ■ ДТ® + Т ■ ДW ®ехр (-С ■ т®)), (3)
3. Технолопя та устаткування лiсовиробничого комплексу 147
(
г® =
- к„д. •
1.1п
С
В •№®
гран. + А- М®
(4)
Використання цих коефiцieнтiв у математичних моделях (3, 4) дае змогу прогнозувати мiцнiсть i довговiчнiсть термопластичних клейових з'еднань рiзних порiд деревини за результатами пришвидшених експериментальних дослщжень як у лабораторних, так i у виробничих умовах.
Разом з тим, складнi математичнi та шггацшш моделi для прогнозування мiцностi та довговiчностi у виробничих умовах будуть дещо малоефективними та незручними у користуванш Тому основним завданням отриманих математичних моделей е забезпечення рацiонального та простого 'х використання. Для цього необхiдно запропонувати надшний, дiевий i простий у користуванш меха-нiзм, який дав би змогу як у лабораторних, так i у виробничих умовах ращональ-но використовувати запропонованi математичнi модели
Тому для зручностi та ефективносп прогнозування мiцностi та довговiч-носп у виробничих умовах розроблено вщповвдне комп'ютерне забезпечення, яке дае змогу з використанням мiнiмальних затрат i навикiв прогнозувати мiцнiсть та довговiчнiсть термопластичних клейових з'еднань деревини.
Це було зроблено за допомогою математичного програмування, врахову-ючи при цьому основнi фактори впливу на мщшсть та довговiчнiсть термопластичних клейових з'еднань деревини, а саме: породу деревини, ц щiльнiсть, коефь щенти на породу деревини, мiцнiсть склеювання, коефiцiенти всихання деревини, модулi пружностi деревини, ступiнь навантаження клейового з'еднання, за необхiдностi масштабний коефщент. Крш того, використовують середньозваже-ну змiну вологостi та температури за добу, тиждень або мiсяць.
Врахувати щ фактори можна шляхом 'х додавання у математичну модель, за кожно!' спроби прогнозування мiцностi та довговiчностi, або 'х вибирати за допомогою жерфейсу. Запропоновано та розроблено штерфейс, основним завданням якого було забезпечення вiдповiдноí зручносп та ефективностi пiд час прогнозування мцносп та довговiчностi термопластичних клейових з'еднань деревини.
На рисунку наведено штерфейс прогнозування мiцностi та довговiчностi термопластичних клейових з'еднань деревини, на якому показано основш вхiднi параметри та результати прогнозування мщносп та довговiчностi термопластичних клейових з'еднань деревини з графiчними залежностями.
Пiд час прогнозування мiцностi та довговiчностi термопластичних клейових з'еднань за допомогою штерфейсу необидно вибрати породу деревини, 11 щiльнiсть, ступiнь навантаження клейово!' композицií, коефiцiенти для певно!' породи деревини. Усi цi фактори занесено у програмне забезпечення, а 1'х вибiр залежить вiд матерiалу, що склеюеться. Вибiр середньозважено!' добово!', мкяч-но1' або рiчноí температури та вологосп навколишнього середовища необхщно брати з метрологiчних показникiв певно!' клшатично!' зони, у якiй буде експлу-атуватися клейове з'еднання.
Пiсля цього здiйснюють прогнозування, за допомогою якого отримуемо числовi значення мiцностi та довговiчностi термопластичних клейових з'еднань деревини та !х графiчну iнтерпретацiю. Це дасть змогу ощнити результати прогнозування мiцностi та довговiчностi термопластичних клейових з'еднань деревини як кшьккно, так i якiсно.
Л Л
г
км
Рис. 1нтерфейс для прогнозування MÏu^nocmi та довговiчностi термопластичних клейовихз'еднань деревини з графiчною ттерпретащеюрезультатов
Лггература
1. Кшивецький Б.Я. Дослщження довгсгачност з'еднань шпилькових порщ деревини клеями на осжга ПВА / Б.Я. Кшивецький, О.П. Гупало, С.В. Кондратюк // Науковий вюник УкрДЛТУ : зб. наук.-техн. праць. - Львш : Вид-во УкрДЛТУ. - 2004. - Вип. 14.4. - С. 91-95.
2. Кшивецький Б.Я. Дослщження довгсшчност з'еднань твердолистяних порiд деревини клеями на осж^ полгвшшацетату / Б.Я. Кшивецький /// Науковий вюник УкрДЛТУ : зб. наук.-техн. праць. - Львш : Вид-во УкрДЛТУ. - 2004. - Вип. 14.7. - С. 99-103.
3. Кшивецький Б.Я. Мехашзм формування термопластичних клейових з'еднань деревини / Б.Я. Кшивецький // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Украши. - 2012. - Вип. 22.12. - С. 117-122.
4. Кшивецький Б.Я. Дослщження мщност з'еднань деревини сосни клеями на основi пошы-шлацетату за да природних факторiв / Б.Я. Кшивецький // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львш : РВВ НЛТУ Украши. - 2007. - Вип. 17.3. - С. 110-112.
5. Кшивецький Б.Я. Дослщження релаксацшних властивостей клейово'1 плшки на основi по-лiвiнiлацетату залежно вiд кiлькостi циклов волого-температурних навантажень / Б.Я. Кшивецький // Вюник Нацiонального унiверситету "Львiвська полiтехнiка". - Сер.: Хшш, технологiя речовин i 1'х застосування. - Львгв : Вид-во НУ "Л^вська полiтехнiка". - 2007. - С. 60-64.
6. Кшивецький Б.Я. Прогнозування довгсгачиост термопластичних клейових з'еднань деревини за допомогою математично'1 моделi / Б.Я. Кшивецький // Проблеми трибологи: мiжнародний науковий журнал. - Хмельницький НУ. - 2012. - № 4. - С. 38-42.
7. Патент на винахщ № 98515 Украша, МПК G01N 33/46, G01L 1/26. Споаб прогнозування мщност та довгс^чиост з'еднань деревини клеями на основi полiвiнiлацетату / Б.Я. Кшивецький, П.А. Бехта (Украша); Заявл. 25.05.2010; Опубл. 25.05.2012, Бюл. № 10.
8. Кшивецький Б.Я. Розрахунок коефщенпв, що враховують породу деревини при прогно-зуванн1 мiцностi термопластичних клейових з'еднань / Б.Я. Кшивецький // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львш : РВВ НЛТУ Украши. - 2013. - Вип. 23.16. - С. 172-176.
9. Кшивецький Б.Я. Розрахунок масштабного коефщента для прогнозуванш мщност та дов-гсгачност термопластичних клейових з'еднань деревини / Б.Я. Кшивецький // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львш : РВВ НЛТУ Украши. - 2014. - Вип. 24.1. - С. 326-331.
Кшивецкий Б.Я. Практические рекомендации по прогнозированию прочности и долговечности термопластичных клеевых соединений древесины
3. Технологи та устаткування лковиробничого комплексу
149
Предложена: практические рекомендации для математического метода прогнозирования прочности и долговечности термопластичных клеевых соединений древесины. Для этого разработано соответствующее компьютерное обеспечение, которое позволяет прогнозировать прочность и долговечность термопластичных клеевых соединений древесины при минимальных затратах и без специальных навыков. При прогнозировании необходимо выбрать породу древесины, ее плотность, степень нагрузки клеевой композиции, необходимые коэффициенты для определенной породы древесины и средневзвешенную суточную, месячную или годовую температуру и влажность окружающей среды. Результаты прогнозирования прочности и долговечности термопластичных клеевых соединений древесины получены в числовых значениях и графической интерпретации.
Kshyvetsky B.Ya. Some Operational Recommendations for Predicting the Strength and Durability of Thermoplastic Adhesive Wood Joints
Some operational recommendations concerning the prediction of strength and durability of thermoplastic adhesive wood joints by means of mathematical modelling are proposed. Relevant computer software that will make it possible to predict the strength and durability of thermoplastic adhesive wood joints under operating conditions at minimum cost and without special user's skills has been developed. The prediction procedure involves identification of the wood species, its density, the degree of the adhesive composition loading, relevant coefficients for the wood concerned, as well as the average daily, monthly or average annual temperature and humidity of the environment. The results of prediction the strength and durability of thermoplastic adhesive wood joints are presented numerically and in graphic form.
Key words: thermoplastic adhesive wood joints, strength, durability, software, wood species.
УДК 674.[06+21] Доц. В.О. Маевський, д-р техн. наук - НЛТУ Украти, м. Львiв;
викл. М.В. Удовицька - ТКНЛТУ Украти, м. Львiв
ОСНОВН1 НАПРЯМИ ДОСЛЩЖЕНЬ У ВИРОБНИЦТВ1 КЛЕ6НИХ ЩИТОВИХ КОНСТРУКЦ1Й З ДЕРЕВИНИ 13 ДОТРИМАННЯМ ТЕКСТУРНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ
Охарактеризовано основш способи виготовлення клеених щитових конструкцш. Проаналiзовано традидшш технолопчш шдходи щодо забезпечення !х мщност та фор-мостшкосй, наголошено на недолiках наявного виробництва. Запропоновано проектно-технологiчнi ршення виготовлення клеених щитових конструкдiй, а також варiанти схем !х набору iз дотриманням текстурних особливостей, мщност та формостiйкостi. Запропоновано шляхи забезпечення стабшьност форми дих конструкцш, що проявляеться в здатностi збертати сво! структурнi розмiри в змшних кл1матичних умовах.
Ключовi слова: клееш щитовi конструкций текстурнi особливостi, формостшюсть, схеми набору, проектно-технологiчнi рiшення.
Актуальшсть дослщжень. Одними з найпоширенiших формоутворю-ючих конструкцiйних та фасадних елементш виробiв з деревини е клееш щитовi конструкцп (КЩК). Номенклатура виробш, що мiстять !'х у своему склад^ над-звичайно рiзноманiтна. Насамперед це меблевi i паркетнi вироби, двер^ стiновi панелi тощо. Яккть цих виробiв здебшьшого визначаеться якктю виготовлення КЩК, тому до них висувають висою вимоги щодо мщносп, формостiйкостi та естетичностi.
Можливостi сучасних технологiй дають змогу виготовляти матерiали, що дуже близько iмiтують текстуру деревини. Однак штучно вщтворити природний малюнок (текстуру) деревини залишаеться практично неможливим, зокрема на цей час вщсутш технологiчнi рiшення щодо вдаворення об'емностi текстури де-
