Технология сушки пиломатериалов на основе моделирования и оптимизации процессов тепломассопереноса в древесине

• Автор: Гороховский, Александр Григорьевич
• Шифр специальности: 05.21.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 290 с. : ил.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Эффективность и качество сушки пиломатериалов

1.2. Влагоперенос в древесине

1.2.1. Физические закономерности внутреннего влагопереноса в древесине.

1.2.2. Влагопроводпость древесины

1.2.3. Внешний влагообмен древесины при сушке

1.3. Выводы

1.4. Задачи исследований.

2. МОДЕЛИ МАССОПЕРЕНОСА В КОЛЛОИДНОЙ КАПИЛЛЯРНОПОРИСТОЙ СТРУКТУРЕ ДРЕВЕСИНЫ

2.1. Структура древесины

2.1.1. Макро и микроскопическое строение древесины

2.1.2. Строение клеточной стенки древесины.
2.1.3. Вода в древесине и се перенос.
2.2. Модели коллоидной капиллярнопористой структуры древесины.
2.3. Модели переноса влаги в капиллярах древесины
2.4. Модель внешнего влагообмена древесины.
2.5. Модель потенциала влагопереноса агента сушки
2.6. Выводы
3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ И ДИНАМИКИ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ В КОНВЕКТИВНЫХ КАМЕРАХ
3.1. Методика теоретических исследований.
3.1.1. Исследование развития полей влагосодержания в древесных сортиментах во времени.
3.1.2. Исследование развития влажностных напряжений во времени
3.1.3. Режимы сушки
3.1.4. Методика теоретических исследований процессов сушки при естественной циркуляции агента.
3.1.4.1. Исследование параметров естественной циркуляции агента сушки в камере.
3.1.4.2. Анализ процессов нагрева штабеля
3.1.4.3. Структура режима сушки
3.1.5. Методика анализа кинетики и динамики сушки отдельных сортиментов, в зависимости от их положения
в сечении бревна
3.2. Проведение вычислительного эксперимента, его результаты и анализ
3.2.1. Нагрев штабеля пиломатериалов
3.2.2. Сушка при ламинарном течении агента естественная циркуляция
3.2.3. Сушка при турбулентном течении агента принудительная циркуляция.
3.2.4. Сушка заболонноядровых пиломатериалов.
3.3. Выводы.
4. ОСНОВНЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
4.1. Сушка с естественной циркуляцией.
4.1.1. Описание экспериментальной сушильной камеры с
естественной циркуляцией.
4.1.2. Проведение процесса и контроль показателей качества сушки
4.2. Сушка с принудительной циркуляцией.
4.2.1. Описание экспериментальной установки
4.2.2. Проведение процесса и контроль показателей качества сушки
4.3. Методика математической обработки результатов эксперимента.
4.4. Уточнение метода контроля влажности древесины
4.4.1. Требования к точности метода контроля влажности
4.4.2. Требования к точности определения массы влаги и древесного вещества при определении влажности древесины сушильновесовым методом.
4.4.3. Экспериментальное исследование сушильновесового метода.
4.4.3.1. Методика проведения исследований
4.4.3.1.1. Оборудование и приборы.
4.4.3.1.2. Подготовка образцов
4.4.3.1.3. Проведение эксперимента
4.4.3.2. Результаты эксперимента и их анализ.
4.5. Разработка оперативного метода контроля интегральной влажности штабеля пиломатериалов.
4.5.1. Теоретические основы метода контроля влажности древесины по перепаду температуры агента сушки на штабеле
4.5.2. Экспериментальная проверка метода контроля текущей влажности древесины по перепаду температуры агента сушки на штабеле
4.5.2.1. Основные положения методики экспериментов.
4.5.2.2. Результаты экспериментов и их обсуждение
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
5.1. Исследование процессов сушки пиломатериалов осциллирующими режимами в камере с естественной циркуляцией .
5.1.1. Лабораторные исследования
5.1.1.1. Постановка и проведение эксперимента.
5.1.1.2. Постоянные и переменные факторы при проведении эксперимента
5.1.1.3. Выходные параметры при проведении эксперимента .
5.1.1.4. Результаты эксперимента и их обработка.
5.1.1.5. Построение математических моделей выходных параметров эксперимента.
5.1.1.6. Анализ результатов лабораторных исследований
5.1.2. Исследования в производственных условиях.
5.1.2.1. Опытнопромышленная камера.
5.1.2.2. Проведение опытных сушек.
5.1.2.3. Анализ результатов производственных исследований
5.2. Исследование сушки пиломатериалов при оптимальном управлении процессом
5.2.1. Постановка и проведение эксперимента.
5.2.2. Результаты эксперимента
5.2.3. Анализ результатов лабораторных исследований.
5.2.4. Производственные испытания разработанных технологий .
5.3. Выводы
6. ОЦЕНКА ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ


Движение влаги под действием градиента давления. При определенных
условиях в процессе сушки внутри древесины может создаваться избыточное давление паровоздушной смеси. В результате этого возникает устойчивое течение водяного пара по капиллярной системе древесины, носящее молярный характер, т. Интенсивность его выражается уравнением . В обычных условиях конвективной камерной сушки роль молярного тока влаги практически исключена 0, а термовлагопроводности незначительна . Таким образом, решающее влияние на процесс конвективной сушки оказывает влагопроводность древесины. Из определения, данного Г. С. Шубиным следует, что коэффициент влагопроводности характеризует количество влаги, перемещаемой в единицу времени через единицу на поверхности при разности концентрации влаги в 1 кгм3 на 1 м толщины. Выше уже отмечалось, что изучением влагопроводности занимались многие ученые, однако полученные данные носят несколько противоречивый характер. Лыкова , а, не зависит от влажности, но данным Н. В. Арциховской , К. И. Мартлея и . Следует отметить, что в перечисленных и, например, в работе эксперименты ставились на древесине хвойных пород, а влагопроводность лиственных пород не изучалась. Наиболее обстоятельные экспериментальные исследования были выполнены П. С. Серговским , , , и его учениками , для древесины важнейших отечественных пород. Было показано, что основное влияние на величину ат оказывает температура древесины, базисная плотность чем плотнее древесина, независимо от породы, тем ниже влагопроводность, направление потока влаги в радиальном направлении ат больше, чем в тангентальном, местоположением в стволе дерева влагопроводность ядра и спелой древесины ниже, чем заболони. В результате П. На рис. П.С. Серговским для определения коэффициентов влагопроводности. Р.П. Алпаткина , под руководством П. С. Серговского выполнила работу по уточнению значений коэффициента влагопроводности древесины различных пород. На рис. Рис. Рис. В.А. Л объем сердцевинных лучей в общей массе древесины дуб , береза , бук клен ясень ольха 5 . Очень интересны результаты исследований, полученные У. АМэзтапп и БсЬаияз приведены на рис. I
0
9

гг
Т 1 . Л и Ы х0 у . Л а г . Рис. КО 0. Гоя на насыщения волокна Хгигр. ГП 1
ей ,. Влажность древесины. Рис. Капиллярная влагопроводность Хо сильно зависит от влажности древесины. При влажности, соответствующей насыщению волокна, значение хо переходит через максимум. При более высокой влажности значение этого коэффициента резко падает, а при влажности, превышающей 0 , хо начинает сначала плавно, а затем резко возрастать. Коэффициент сопротивления диффузии р есть однозначная функция влажности. При влажности выше он имеет значение около р 2, а при меньшей влажности он резко увеличивается, так что при X его значение оказывается равным . При температуре С и влажности древесины влага, переносимая за счет капиллярной влагопроводности составляет всего 4 от общего количества перенесенной влаги, т. Стефана. Совершенно очевидно, что при влажности выше гигроскопической и при постоянной температуре возможна только капиллярная влагопроводность, так как давление пара внутри материала во всех точках одинаково. Следует отметить, что многочисленные исследователи влагопроводности древесины не приводят какихлибо данных о связи величины коэффициента влагопроводности со строением древесины, а также со значением какихлибо параметров режима сушки кроме температуры. Внешний влагообмен древесины при сушке является предметом теории тепло и массопсреноса 1, основателем которой в нашей стране является академик Лыков , , . Данную теорию применительно к сушке древесины в разное время использовали 1I Серговский и некоторые его ученики , 5. Г.С. Шубин , , , 6, 2. Лыков и Ю. VV V2 V V , 1. VV2 2V2v V 2V1v3 Л2 1. VV3 V2, V V П3 . Пир, . Ф i. П, П2 П3 О
1. Для наиболее простого случая, когда градиенты общего давления отсутствуют низкотемпературная конвективная сушка Лыков 3, 4 и М. Для неограниченной пластины начальные и граничные условия 1 рода
дт
1.