Совершенствование технологии конвективной сушки пиломатериалов на основе моделирования динамики процесса

• Автор: Баланцева, Наталья Борисовна
• Шифр специальности: 05.21.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Архангельск
• Количество страниц: 148 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1 Анализ методов расчета процессов влагопереноса при сушке древесины

1.1 Состояние вопроса

1.2 Основные методы решения задачи кинетики сушки.

1.2.1 Метод .. Лыкова.

1.2.2 Метод И.В. Кречетова

1.2.3 Метод ЦНИИМОД.

1.2.4 Аналитические методы решения задачи кинетики сушки.

1.2.5 Решение задачи кинетики сушки по П.С. Серговскому.

1.2.6 Решения задачи кинетики сушки по Г.С. Шубину

1.3 Основные подходы к решению задачи динамики сушки
1.3.1 Экспериментальные исследования распределения влажности
1.3.2 Расчет поля влагосодержания без учета влияния градиентов
температуры и давления
1.3.4 Учет многомерности древесины в задаче динамики сушки
1.3 Цель и задачи диссертационного исследования.
Глава 2. Математическое моделирование процессов влагопереноса при сушке древесины.
2.1. Влияние строения древесины на характер протекания процессов
влагопереноса.
2.1.1 .Макроскопическое строение
2.1.2. Микроскопическое строение.
2.1.3. Пористость.
2.2. Уравнения влагопереноса в древесине
2.3. Исходные данные для построения математической модели.
2.3.1. Коэффициент влагопроводности древесины.
2.3.2. Коэффициент теплопроводности древесины.
2.3.3 Удельная тепломкость древесины.
2.4. Построение математической модели.
2.4.1. Триангуляция плоской модели.
2.4.2. Задание граничных условий.
2.4.3. Решение системы дифференциальных уравнений в частных производных
2.4.4. Решение больших разреженных СЛАУ
2.5. Результаты математического моделирования процесса сушки древесины
2.6. Выводы
Глава 3. Методика экспериментального исследования
3.1. Концепция экспериментального исследования.
3.2. Стандартные методики определения влажности пиломатериалов
3.3. Планирование эксперимента.
3.4. Методика определения распределения влажности в древесине в процессе сушки.
3.5. Режим опытной сушки.
3.6. Выводы
Глава 4. Экспериментальная установка.
4.1. Основное оборудование.
4.2. Характеристики сушильных камер
4.3. Характеристики измерительного оборудования.
4.4. Выводы.
Глава 5. Анализ динамики экспериментального и расчетного полей
влагосодержания при сушке древесины.
5.1. Влажностное состояние пиломатериалов до начала процесса сушки.
5.2. Влажностное состояние пиломатериалов в процессе сушки
5.3 Статистическая оценка адекватности разработанной математической модели
5.4. Сопоставление разработанной математической модели и традиционных методов расчетаi
5.5. Учет анизотропии древесины в задаче динамики сушки.
5.6. Оптимизация режимов сушки пиломатериалов но результатам расчета нестационарных полей влагосодержания.
5.7. Выводы.
Общие выводы и рекомендации.
Список литературы


По теме диссертации опубликовано 6 работ [2,3,4,5,6,7], в том числе 2 в изданиях по перечню ВАК. Сушка древесины является технологическим процессом, определяющим её качество как материала. Сушка древесины создаёт ряд специфических проблем, связанных с разнообразием физико-механических свойств различных пород, большого различия в размерах сортиментов и анизотропии свойств древесины. Всё это препятствует получению достоверного результата расчёта явлений, протекающих в древесине при сушке, затрудняет совершенствование технологии сушки. Первые работы, посвященные решению этой задачи [, , , 1], относятся к началу XX века. Их результаты были позже систематизированы A. B. Лыковым []. Основной вклад в создание аналитической теории тепло- и массопсреноса, на которой базируется теория сушки капиллярно-пористых тел, принадлежит ученым A. B. Лыкову, Ю. А. Михайлову, П. Д. Лебедеву, А. Г. Темкину, М. С. Смирнову, H. H. Гамаюнову, A. C. Гинзбургу. Непосредственно методам расчета процессов влагопереноса в древесине посвящены работы A. B. Лыкова [], П. С. Серговского [,,,], Г. С. Шубина [,], И. В. Кречетова [], Б. С. Чудинова [,,]. Выделяют три основных области исследований процесса сушки: статику, кинетику и динамику сушки. Под кинетикой сушки понимают изучение закономерностей изменения содержания влаги и температуры древесины во времени в процессе сушки. Уравнения кинетики сушки позволяют определить продолжительность сушки а также выбрать режим сушки. Предметом динамики сушки является установление законов движения влаги в древесине при сушке. Решение задачи динамики сушки позволяет вычислить нестационарные ноля температуры и содержания влаги в материале. Все три области исследований взаимосвязаны, однако в рамках темы диссертационной работы больший интерес представляют динамика и кинетика сушки. Все методы расчета продолжительности сушки пиломатериалов могут быть разделены на эмпирические и аналитические. W = f{r), (1. К эмпирическим относятся методы A. B. Лыкова [], И. В. Кречетова [], W. Janik [], М. Kuhnast []. Аналитические методы предполагают построение кривой сушки в результате аналитическою решения системы дифференциальных уравнений в частных производных, описывающей влагоперенос в древесине. Аналитические решения таких уравнений, приведенные, например, в [], являются достаточно сложными и не могут быть непосредственно применены на практике. Решение практических задач достигается обоснованным упрощением математической формулировки процесса исходя из физической картины явления. Метод А. Пример кривой сушки пиломатериала приведен на рисунке 1. Участок АВ, на котором влагосодержание древесины практически не изменяется соответствует периоду начального прогрева пиломатериала. Участок ВКі, на котором влагосодержание древесины убывает равномерно (с постоянной скоростью) соответствует периоду постоянной скорости сушки. В этот период испарение влаги с поверхности материала компенсируется влагопереносом из глубины материала. В специальной литературе [] принято называть период постоянной скорости сушки первым периодом. Участок К]С - период падающей скорости сушки, называемый вторым периодом. Понятие кривой скорости сушки рассмотрим как производную кривой сушки по времени (рисунок 1. По оси абсцисс при построении кривой скорости сушки принято откладывать влагосодержание материала ЇУ. Г.С. Шубин показал [], что характер кривых скорости сушки зависит от породы древесины и режима сушки. Характер приведенной на рисунке 1. Кь Эта точка получила название первой критической точки. Согласно [], существует 6 характерных типов кривых скорости сушки (рисунок 1. Первый тип на участке падающей скорости сушки представляет собой прямую и характерен для сушки тонких волокнистых материалов. Тип 2 имеет выпуклость, обращенную к оси ординат, и, по данным [], имеет место при сушке древесины бука. Тип 3 обращен выпуклостью к оси абсцисс и наблюдается при сушке древесины березы и ели низкотемпературными режимами. Кривые типов 4, 5 и 6 наблюдаются реже. Применительно к древесине 5 тип встречается при сушке высокотем пературным и режи мам и. Рисунок 1. A.B.