WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
    • расчетные значения влажности древесины в каждой из n-точек по сечению доски в любой интересующий нас момент времени;
    • средняя влажность по сечению доски;
    • равновесная влажность агента сушки в заданный момент времени.

В основу расчета величины внутренних напряжений положена многостержневая модель доски, предложенная Б.Н. Уголевым.

Алгоритм вычислений величины внутренних напряжений для данной структуры модели следующий:

Величина напряжений в данный момент времени равна:

(25)

где * - напряжения на предшествующем этапе сушки;

– приращение напряжений на данном этапе сушки.

Приращение напряжений в любом стержне многостержневой модели можно определить по формуле:

(26)

где n – число стержней (j = 1, 2, …, i = 1, 2, …, n, - номер стержня);

– коэффициент усушки;

u, u* - влажность древесины на данном и предшествующем этапе сушки;

Е – модуль упругости;

h – толщина стержня.

Таким образом, приращение напряжений в каком-либо i-ом стержне зависит как от его собственных параметров, так и от параметров каждого j-го из остальных стержней, причем на данном этапе, по сравнению с предшествующим у любого стержня может изменяться только величина модуля упругости, а толщина стержня должна оставаться неизменной, чтобы не нарушить условия равновесия напряжений в модели.

При проведении исследований была реализована специальная программа в среде Mathcad – 12, предназначенная для определения величины напряжений в функции времени.

Эта программа имеет следующую структуру:

1. Ввод исходных данных;

2. Вычисление значений влажности в каждом стержне многостержневой модели в заданные моменты времени;

3. Вычисление значений модуля упругости и величины допускаемых напряжений в стержнях в заданные моменты времени;

4. Вычисление величин внутренних влажностных напряжений в каждом из стержней многостержневой модели в заданные моменты времени;

5. Построение графиков.

Структура нормативных режимов принята трехступенчатой. Величина режимных параметров полностью соответствует РТМ. Категории режимов – нормальные. Для режимов сушки, реализующих принцип бесступенчатости использована структура режимов, рекомендованная Л.Н. Кротовым со следующими изменениями:

- температура по сухому термометру агента сушки выбирается равной температуре второй ступени нормативного режима. Дальнейшее ее увеличение приводит к возникновению недопустимых напряжений в древесине;

- степень насыщенности обрабатывающей среды изменяется не ступенчато, а плавно, что в большей степени соответствует современным принципам управления сушкой. Кроме того, для такого инерционного объекта как лесосушильная камера ступенчатое изменение какого-либо параметра возможно лишь чисто теоретически, т.к. на месте гипотетической ступени возникает масштабный переходный процесс, продолжающийся, как правило, несколько часов;

- закон изменения равновесной влажности агента сушки от влажности древесины:

, (27)

где Wрк – равновесная влажность среды в конце сушки (соответствует III

ступени нормативного режима);

Wрн – равновесная влажность в начале сушки (соответствует I ступени нормативного режима);

b0, b1 – коэффициенты уравнения.

Выражение (27) представляет собой уравнение функции желательности, связывающей равновесную влажность с текущей влажностью сохнущей древесины. На рис. 8. приведен общий вид зависимости

, (28)

которая и является функцией желательности.

Рис. 8. График функции желательности

Следует отметить, что при выборе характера зависимости между равновесной и текущей влажностью древесины нами были опробованы различные виды уравнений (линейное, экспоненциальное и др.). Однако выражение (27) показало лучшие результаты как в отношении продолжительности сушки, так и процесса развития влажностных напряжений.

Использование моделей внешнего влагообмена при ламинарном обтекании сортиментов возможно лишь при достаточно точном знании скорости циркуляции. Кроме того, для повышения эффективности процесса сушки пиломатериалов при естественной циркуляции агента возможно применение так называемых осциллирующих режимов, предусматривающих изменение (увеличение и уменьшение) температуры во времени. Все это накладывает существенную специфику на методику подобных исследований.

В отличии от традиционного подхода к определению параметров естественной циркуляции воздуха в лесосушильных камерах нами учтены новые представления об аэродинамике:

  1. Наличие помимо статического напора столба нагретого воздуха динамического напора в плоской струе над нагревателем;
  2. Существенная зависимость коэффициента сопротивления штабеля от квадрата скорости циркуляции, а также от конструкции штабеля.

На основе теории свободных конвективных струй, автором которой является академик Г.Н. Абрамович, в диссертации разработана методика анализа процессов естественной циркуляции с учетом динамической составляющей напора. В результате получено следующее выражение для скорости циркуляции Vц.

, м/с (29)

где Sk – площадь нагнетательных каналов, м2;

Sшт – суммарная площадь воздушных каналов штабеля, м2;

Н – высота бокового воздушного канала, м;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

Q0 – линейная мощность нагревателя, кВт/м;

1, 2 – плотность воздуха, соответственно, на входе в штабель и выходе из него, кг/м3;

– коэффициент Буссинеска, мс;

t - температурный аналог коэффициента Буссинеска, с-1;

с – удельная теплоемкость воздуха, кДж/кг0С;

Т1 – абсолютное значение температуры воздуха на входе в штабель, К;

hшт - высота штабеля, м;

– коэффициент сопротивления трения (воздух – древесина);

dэкв – эквивалентный диаметр воздушного канала, м.

Полученные в результате расчета значения скорости циркуляции приведены в табл. 3.

Таблица 3

Скорость естественной циркуляции агента сушки в

штабеле пиломатериалов

Толщина доски, мм

19

22

25

32

40

50

60

75

Скорость циркуляции, м/с

0,717

0,742

0,761

0,813

0,878

0,926

1,004

1,076

Данные табл. 3 показывают, что скорость циркуляции определяется, главным образом, толщиной пиломатериалов, подвергающихся сушке (при постоянной толщине прокладок и линейной мощности нагревателя).

Для лесосушильных камер с естественной циркуляцией эффективной оказывается структура режима с циклическим нагревом-охлаждением штабеля и промежуточным открытием выпускного канала (рис. 9).

Рис. 9. Структура осциллирующего режима сушки в камере с естественной циркуляцией

tн – начальная температура, 0С; tц.о. – температура циклового охлаждения, 0С; tц.н. – температура циклового нагрева, 0С; пр. – продолжительность первоначального прогрева, час; ц. – продолжительность циклового прогрева, час; ц.о. – продолжительность циклового охлаждения, час; о – продолжительность открытия вытяжного канала, час; охл. – продолжительность конечного охлаждения, час; tц – амплитуда осциллирования температуры, 0С.

Значительный интерес с точки зрения развития полей влагосодержания и, особо, внутренних напряжений вызывают доски, содержащие заболонь и ядро.

Разработанная методика анализа полей влагосодержания и влажностных напряжений позволяет делать это и для досок, содержащих заболонь и ядро одновременно (в дальнейшем будем называть такие сортименты заболонно-ядровые).

На основе разработанной методики был проведен масштабный вычислительный эксперимент (рис. 10 – 13), результаты которого позволяют сделать следующие выводы.

  1. Исследования показали пригодность разработанной методики для анализа полей влагосодержания и динамики внутренних (влажностных) напряжений в древесине. Сопоставимость получаемых результатов с известными ранее также подтверждает правомерность применения предложенных моделей массопереноса в древесине.
  2. Скорость протекания тепловых процессов при ламинарном и турбулентном обтекании доски оказывается близкой. Это позволяет говорить о том, что влияние скорости циркуляции на прогрев штабеля не является определяющим. При ламинарном обтекании доски температура агента сушки весьма существенно влияет на ее продолжительность. Это является следствием существенной зависимости влагопроводности древесины от температуры.
  3. Коэффициент безопасности (Б) служит исчерпывающей характеристикой применения того или иного режима сушки. Однако применение режимов с Б близким к 1,0 недопустимо, т.к. при этом не обеспечивается необходимый запас прочности древесины. Для гарантированного сохранения целостности древесины необходимо, чтобы Б 1,3.
  4. Применение осциллирующих режимов сушки при естественной циркуляции позволяет проводить сушку при минимальной величине коэффициента безопасности режима сушки в пределах 1,4 – 1,8, что полностью обеспечивает сохранение целостности древесины при сушке.
  5. Расчетная величина диапазонов значений параметров режима сушки для целей оптимизации соответствует существующим представлениям.
  6. Нормативные режимы вследствие их достаточно высокой жесткости не могут обеспечить приемлемое значение величины коэффициента безопасности.
  7. Бесступенчатая структура режима позволяет получать сухие пиломатериалы требуемого качества при приемлемой продолжительности процесса.
  8. Сушка трудносохнущих пород должна проводиться с применением специальных режимов, иначе невозможно обеспечить целостность древесины после ее сушки.
  9. Сушка заболонно-ядровых досок должна проводиться с применением мягких режимов с повышенной начальной и конечной равновесной влажностью. Особо “трудносохнущими” оказываются доски с содержанием заболони 75 % и выше. Однако количество таких досок оказывается статистически незначимым, что позволяет избежать разработки специальных режимов для их сушки.

В четвертом разделе “Общие методические положения” обоснованы конструкции и характеристики экспериментальных лесосушильных камер, рассматриваются основные методические положения проведения опытов и обработки их результатов.

Сформулированы требования к точности метода контроля высушенной древесины.

На основании требований РТМ и согласно теории ошибок получены уравнения для оценки диапазонов методов.

1. Определения средней конечной влажности:

, (30)

а)

б) в)

Рис. 10. Кинетика и динамика сушки пиломатериалов:

естественная циркуляция;

температура – 80 0С;

равновесная влажность – 10 %

а) Изменение влажности древесины во времени:

1 – средняя влажность;

2 – внутренние слои;

3 – наружные слои

б) Внутренние напряжения в поверхностных слоях древесины:

1 – влажностные;

2 – допускаемые

в) Распределение влажности по толщине доски в различные моменты времени сушки

а)

б) в)

Рис. 11. Кинетика и динамика сушки пиломатериалов:

порода древесины – сосна;

толщина доски – 40 мм;

режим сушки – 4-Н

а) Изменение влажности древесины во времени:

1 – средняя влажность;

2 – внутренние слои;

3 – наружные слои

б) Внутренние напряжения в поверхностных слоях древесины:

1 – влажностные;

2 – допускаемые

в) Распределение влажности по толщине доски в различные моменты времени сушки

а)

б) в)

Рис. 12. Кинетика и динамика сушки пиломатериалов:

порода древесины – сосна;

толщина доски – 40 мм;

температура – 80 0С;

равновесная влажность: начальная – 15 %; конечная – 8%

а) Изменение влажности древесины во времени:

1 – средняя влажность;

2 – внутренние слои;

3 – наружные слои

б) Внутренние напряжения в поверхностных слоях древесины:

1 – влажностные;

2 – допускаемые

в) Распределение влажности по толщине доски в различные моменты времени сушки

а) б) в)

Рис. 13. Кинетика и динамика сушки заболонно-ядровых досок

Sз/Sя = 0,75 (равновесная влажность: Wрн = 18 %; Wрк = 10 %)

а) Кинетика средней влажности: 1 – заболонь; 2 – ядро

б) Кинетика влажности на границе заболонь – ядро: 1 – заболонь; 2 – ядро

в) Внутренние напряжения (при = 150 час): 1 – влажностные; 2 - допускаемые

2. Определения послойной влажности:

, (31)

, (32)

где Wпд – допустимое отклонение конечной влажности в партии от среднего;

Wт – допустимый перепад влажности по толщине.

Расчетные значения параметров метода контроля влажности древесины приведены в табл. 4.

Таблица 4

Общие требования к методу контроля влажности древесины

при сушке пиломатериалов

Допустимая погрешность определения влажности, SW, %

Диапазон определения влажности, %

0,125

1,8 – 22,75

Определены требования к точности взвешивания, при реализации сушильно-весового метода контроля получено уравнение:

, (33)

где Sm – допустимая погрешность определения массы влаги и массы сухого древесного вещества;

Sw – допустимая погрешность определения влажности W образца древесины массой mw.

Произведенные далее расчеты позволяют констатировать следующее:

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»