Моделирование процессов движения жидкости в древесине при ее пропитке

• Автор: Новиков, Валерий Александрович
• Шифр специальности: 05.13.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 168 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВНИЙ.
1.1. Анализ способов пропитки древесины
1.2. Факторы, влияющие на процесс пропитки, и зависимости
для определения параметров процесса
ЕЗ.Цели и задачи исследований
2. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ПРОПИТКИ В УПРУГОМЕХАНИЧЕСКОМ ПОЛЕ.
2.1. Описание процесса пропитки
2.2. Разработка математической модели процесса пропитки прессовым способом
2.3. Особенности математической модели процесса пропитки фронтальным способом
3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРОВЕРКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ.
3.1.Целесообразность экспериментальной проверки
3.2.Анализ параметров, входящих в математическую модель и определяющих процесс пропитки
3.3.Методика проведения экспериментальных исследований прессового способа пропитки
3.4.Методика проведения экспериментальных исследований фронтального способа пропитки
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И МОДЕЛЬНЫХ РАСЧЕТОВ.
4.1. Сравнение теоретических и экспериментальных данных
4.2. Исследование характера и степени влияния основных факторов
на глубину пропитки прессовым способом
4.3. Исследования особенностей влияния основных факторов
на глубину пропитки фронтальным способом
4.4.Построение оптимизационной модели по определению параметров процесса пропитки

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕССОВОГО И ФРОНТАЛЬНОГО СПОСОБОВ ЗАЩИТНОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК И ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ.
5.1. Описание опытной установки для осуществления фронтального
способа пропитки
5.2. Методические рекомендации по проектированию и расчету параметров процесса
5.3. Выбор защитного средства. Расчет расхода пропитывающего состава
5.4. Расчет экономической эффективности применения фронтального способа пропитки
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Результаты экспериментальных исследований по основной серии опытов. Прессовый способ пропитки.
Приложение 1. Берёза, ядро, тангентальное направление
Приложение 2. Сосна, ядро, тангентальное направление
Приложение 3. Берёза, ядро, радиальное направление
Приложение 4. Сосна, ядро, радиальное направление
Фронтальный способ пропитки.
Приложение 5. Берёза, сосна, тангентальное,
радиальное направления
Ожидаемые результаты исследований для математической модели. Прессовый способ пропитки.
Приложение 6. Берёза, ядро, тангентальное направление
Приложение 7. Сосна, ядро, тангентальное направление
Приложение 8. Берёза, ядро, радиальное направление
Приложение 9. Сосна, ядро, радиальное направление
Фронтальный способ пропитки.
Приложение 10. Берёза, сосна, тангентальное и радиальное
направления
Приложение 11. Текст варианта программы «ОПТИМУМ»
Приложение 12.Справка о внедрении результатов диссертационной работы

ВВЕДЕНИЕ
Стратегический курс России в условиях существенного спада производства предусматривает, прежде всего, создание условий, которые бы стимулировали возможность стабилизации положения в промышленности и закладывали бы основу для повышения темпов экономического роста.
Важнейшей задачей в этой области является рациональное использование сырьевых ресурсов, в том числе и лесосырьевых [1].
Однако в России при существующих нормах расхода древесины и непростом положении, сложившемся во всех областях народного хозяйства, древесных материалов не хватает даже при самой жесткой экономии. Поэтому как никогда остро стоит задача увеличения сроков службы заготовок и изделий из древесины.
В новых экономических условиях лесозаготовительные и лесоперевалочные предприятия становятся производителями лесопродукции и поэтому технологические процессы на этих предприятиях предполагают защитную обработку заготовок и изделий из древесины.
Актуальность темы. Пропитка является неотъемлемой частью современной ресурсосберегающей технологии защитной обработки древесины. Большинство способов пропитки предполагают обработку всей поверхности заготовок и изделий из древесины. Однако на практике в большинстве случаев с целью защиты древесины достаточна пропитка только наиболее уязвимых зон (местная пропитка), что целесообразно как с точки зрения снижения энергоемкости процесса, так и с точки зрения экономии пропитывающего состава.
Существующие в настоящее время способы местной пропитки малопроизводительны в силу малой эффективности применяемых способов, например, капиллярной и диффузной пропитки. Способ инъекции, предполагающий местную пропитку под давлением через отверстия или пустотелые иглы (сверла), целесообразен лишь в случае глубокой местной пропитки. Для достижения расчетного содержания защитного средства при способе нанесения на поверхность требуется многократная обработка поверхности. Так, по нашим расчетам для удержания при антисептировании защитного средства ХМ-11 требуется трехкратная обработка кистью или пятикратное опрыскивание. Согласно ГОСТ 200220-82 [2], удержание защитного средства должно составлять
0.04 г/см раствора. Согласно ГОСТ 200229-76 [3], удержание защитного слоя при нанесении кистью должно составлять 0.012 г/см, при опрыскивании
0.008 г/см. С учетом необходимого времени для обеспечения впитывания между циклами можно сделать вывод о низкой производительности наиболее часто используемых способов пропитки.
Способы защиты древесины, основанные на применении стационарных силовых полей (в основном барического поля), неэффективны из-за высокой энергоемкости и низкой производительности.
2.2 Построение математической модели процесса пропитки прессовым
способом.
Остановимся на ряде предварительных условий и допущений, которые принимаются при аналитическом описании процесса.
1. Упругий элемент с системой тупиковых отверстий, заполненных пропитывающей жидкостью, рассматриваются как двухслойная систе-ма.(рис.2.3) В этом случае отношение площади пропитываемой поверхности, контактирующей с пропиточной жидкостью по всей поверхности в модели, принимаем равным 1. На практике площадь контакта жидкости с поверхностью древесины равна сумме площадей высверленных отверстий, а его отношение ко всей поверхности реально может находится в интервале от 0 до 1. В реальных условиях, исходя из практического опыта, оно находится в пределах 0,3-
0.8. Однако это допущение, на наш взгляд, правомерно, так как, во-первых, из-за наличия шероховатостей на контактирующей поверхности пропитывающая жидкость будет подтекать под упругий элемент, а во-вторых, из-за значительно более высокого коэффициента проницаемости вдоль волокон по отношению к коэффициенту проницаемости поперек волокон пропитывающая жидкость будет интенсивно растекаться по капиллярам вдоль фронта пропитки. Тем самым мы рассматриваем вариант, когда пропитка идет поперек волокон.
2. Используя анализ исследований ряда авторов [31, 45, 46, 47, 48, 49, 50], примем, что скорость движения жидкости в древесине в результате избыточного давления, подчиняется известному закону Дарси:
АЗ (2-1)

К -коэффициент фильтрации;
АН=Н] - Н2 - пьезометрический напор на границе контакта поверхностей пропитывающей жидкости и древесины;
6 - координата глубины проникновения жидкости.
3. Пропитывающая жидкость рассматривается как несжимаемая.
Сжимаемостью называется способность жидкости уменьшать свой объем
под действием сил внешнего давления, то есть:

где: