Влагоперенос во вращающихся пористых телах

• Автор: Болотов, Иван Александрович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 100 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ МОДЕ
ЛИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ ВЛАГОПЕРЕНОСА
1.1. Проявление особенностей влагопереноса в поле массовой силы
1.2. Основные подходы к математическому моделированию процессов 10 влагопереноса в пористых материалах
1.3. Моделирование массопереноса на основе теории цепей Маркова
1.4. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЛАГОПЕРЕНОСА
ВО ВРАЩАЮЩЕМСЯ ВОКРУГ ПОПЕРЕЧНОЙ ОСИ ПОРИСТОМ СТЕРЖНЕ
2.1. Расчетная схема процесса и структура его ячеечная модели
2.2. Модель эволюции распределения влаги в изолированном 28 вращающемся стержне
2.3. Учет и влияние предельного содержания влаги в ячейках
2.4. Учет и влияние выноса влаги через торцы стержня
2.4. Выводы по главе
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЛАГОПЕРЕНОСА
ВО ВРАЩАЮЩЕМСЯ ВОКРУГ ПОПЕРЕЧНОЙ ОСИ ПОРИСТОМ ЦИЛИНДРЕ
3.1. Особенности перехода к двумерной ячеечной модели
3.2. Расчетное исследование эволюции распределение содержания влаги
3.3. Учет предельного содержания влаги в ячейках
3.4. Учет удаления влаги с периферии цилиндра
3.4. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛАГО
ПЕРЕНОСА И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
4.1. Экспериментальная установка и методика проведения эксперимен- 74 тов
4.2. Результаты исследования коэффициентов влагопереноса
4.3. Пример практического использования результатов работы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы диссертации. Широко распространенные в химической, текстильной, строительной и других отраслях промышленности процессы, связанные с распространением влаги в капиллярно-пористых материалах, продолжают оставаться одними из наиболее энергоемких составляющих их производства, в значительной степени определяющих качество этих материалов или полуфабрикатов. При сушке пористо-капиллярных материалов массовые силы, например, сила тяжести или центробежная сила, оказывают существенное влияние на кинетику процесса. Под их действием происходит перераспределение содержания влаги, смещение ее в сторону действия массовой силы. Этот процесс идет всегда, но особенно он заметен при сушке длинномерных изделий. Наглядным примером является вывешенная на просушку мокрая ткань, когда ее верхняя часть оказывается уже вскоре сухой, а нижняя еще содержит большое количество влаги, которая к тому же выходит через нижний край в капельном состоянии. Подобный процесс протекает и при сушке в вертикальном положении стеновых панелей. Массовая сила влияет не только на кинетику сушки. Образующиеся перекосы содержания влаги в процессе сушки могут оказать отрицательное влияние на качество готовых изделий, особенно если сушка проводится при повышенной температуре и в материале формируются градиенты температуры, приводящие к термическим напряжениям. Другим примером является отбеливание ткани в рулонах, когда ее необходимо выдержать длительное время в растворе реагента при постоянной по объему рулона его концентрации. При неподвижном рулоне раствор под действием силы тяжести смещается в его нижнюю часть, и концентрация реагента становится неравномерной, снижая качество отбеливания. При вращении рулона возникает сложная меняющаяся взаимная ориентация силы тяжести и центробежной силы, которая может привести к снижению неравномерности, а может усилить ее. Из сказанного следует, что математическое моделирование распределения содержания влаги во вращающихся капиллярно-пористых телах представляет со-

бой актуальную научную и технологическую задачу. Однако аналитические решения уравнений влагопроводности в пористо-капиллярном материале, на которых строятся математические модели процессов сушки и смежных с ними процессов, возможны только при весьма далеко идущих упрощениях, часто входящих в противоречие с важными реальными особенностями моделируемого процесса, что не позволяет адекватно прогнозировать его характеристики и выбирать рациональные режимы его реализации. Требуются другие подходы, так или иначе связанные с численной процедурой решения. Все отмеченное и определило цель настоящей работы, которая выполнялась в рамках ФЦП «Интеграция» (2.1 - АН8 Математическое моделирование ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий) и планом НИР ИГХТУ.
Цель работы - выявление закономерностей эволюции содержания влаги во вращающихся пористо-капиллярных изделиях при действии массовых сил, разработка математического описания и методов расчета этих процессов и повышение эффективности их промышленной реализации.
Объект исследования - содержащее свободную влагу вращающееся капиллярно-пористое тело, например, ткань в рулоне при ее отбеливании.
Предмет исследования - влияние переменных во времени массовых сил на эволюцию содержания влаги, ее капельный отвод и условия оптимальной реализации соответствующих технологических процессов.
Научная новизна результатов работы:
1. Разработана нелинейная математическая модель для описания эволюции содержания влаги во вращающемся пористо-капиллярном стержне с изолированными и открытыми торцами.
2. Показано, что в стержне с изолированными торцами минимальная неравномерность распределения влаги по длине стержня достигается при числе

Рис.2.10. Эволюция содержания влаги при вращении в поле тяжести (а) и распределение величины безразмерной скорости конвективного влагопереноса (6=0,2; к№=0,01; Я=0,5м; ш=2с'1).