Диссертация

Содержание:
1. Введение
2. Направление исследований
3. Анализ существующих методов
4. Физическое обоснование вакуумно-высокочастотного метода
5. Влияние различных параметров на скорость сушки
6. Функциональная схема управления
7. Схема управления
8. Список используемой литературы

Физическое обоснование вакуумно-высокочастотного метода

Сушка – это процесс выпаривания влаги из древесины. Процесс состоит внутреннего влагопереноса и внешнего влагообмена. При этом в процессе удаления влаги в результате больших градиентов влажности, различной скорости продвижения влаги  и гидравлического сопротивления в древесине могут возникнуть внутренние напряжения, превышающие её прочность и приводящие к растрескиванию. Интенсификация сушки древесины связана с ускорением внутреннего влагопереноса и внешнего влагообмена. Внешний тепломассообмен зависит от состояния среды: её температуры, давления, относительной и равновесной влажности древесины.

Интенсифицируя один только внешний влагообмен, создают большой градиент влагосодержания по сечению древесины, что усиливает её напряжённое состояние. Поэтому, необходимо интенсифицировать и внутренний влагоперенос, чтобы градиент влагосодержания оставался незначительным. Основной закон внутреннего переноса влаги при сушке имеет вид:

, где      (2.1)

q’ – плотность потока вещества

α’ – коэффициент потенциалопроводности молекулярного и капиллярного переноса влаги

ρ₀- плотность абсолютно сухого тела

δ- относительный коэффициент термодиффузии

α’_p - коэффициент потенциалопроводности молярного переноса пара.

Знак минус указывает на направление движения вещества от центра к поверхности материала.

Уравнение (2.1) влагопереноса для низкотемпературной конвективной сушки имеет вид:

           (2.2)

Из уравнения видно, градиенты влагосодержания и температуры противоположны и перенос влаги к поверхности материала осуществляется за счёт перепада влажности по сечению. Поток тепла, направленный в глубь материала препятствует продвижению влаги.

Скорость распространения температуры от поверхности в центральную часть материала зависит от его свойств. Древесина обладает малым коэффициентом теплопроводности (λ₀=0,4Вт/м*град) и вследствие чего высоким термическим сопротивлением. Поэтому при сушке нагретыми газами требуется значительное время на подогрев древесины. Процесс конвективной сушки можно интенсифицировать, если сушильный агент нагреть до температуры 100°C и выше. Уравнение (2.1) влагопереноса для высокотемпературной конвективной сушки имеет вид:

            (2.3)

В этом случае продолжительность сушки сокращается. Перенос влаги определяется градиентом влагосодержания и градиентом избыточного давления. Градиент температуры, имеющий значительную величину, препятствует продвижению влаги.

 При высокотемпературной сушке интенсифицируется внешний влагообмен и зона выкипания быстро углубляется. По сечению создаётся большой перепад влажности, в результате чего в древесине возникают значительные внутренние напряжения, которые приводят к растрескиванию.

Гипотетическая модель процесса сушки включает равные по времени объёмы внутреннего влагопереноса и внешнего теплообмена (ΔU≈0). Интенсивный влагоперенос обеспечивается градиентами Δt и Δp, а внешний влагообмен – высокой испарительной способностью среды, т.е. в идеально случае:

           (2.4)

Диэлектрическая сушка может дать очень высокую интенсивность процесса. Древесины при диэлектрическом нагреве подвергается воздействию высоких температур, и высокая интенсивность внутреннего влагопереноса сдерживается внешним влагообменом со средой. Это привело к комбинированию метода либо с конвективной сушкой, либо с вакуумной.

При конвективно-диэлектрической сушке обдув материала горячим воздухом ускоряет внешний влагообмен, а высокочастотная энергия обеспечивает внутренний перенос влаги. По исследованиям, продолжительность сушки сокращается вдвое.

При вакуумно-диэлектрическом методе также интенсифицируется внешний влагообмен, т.к. разрежённая среда имеет большую испарительную способность. Ускорение внешнего влагообмена объясняется и увеличением коэффициента диффузии водяного пара. Так при снижении давления от атмосферного до 5,3*10³ Па коэффициент диффузии водяного пара увеличивается в 19 раз.

При давлении 5,3*10³ Па температура кипения воды равна 34°C. Поэтому древесина не испытывает больших температурных воздействий, и в то же время при этой температуре уже образуется значительное избыточное давление. При этом методе поддаются регулированию все факторы. Для уменьшения внутреннего влагопереноса и внешнего влагообмена можно увеличить давление среды, что приведёт к уменьшению избыточного давления, повышению температуры поверхности и снижению градиента температуры. Уменьшения напряжения поля вызовет уменьшение температуры древесины и снижению избыточного давления, что также приводит к уменьшению внутреннего влагопереноса. Таким образом этот метод сушки позволяет регулировать в любые промежутки времени внутренний влагоперенос и внешний влагообмен, т.е. поддерживать такие условия, когда ΔU≈0, что гарантирует отсутствие внутренних напряжений при сушке. Общий закон перерноса вещества при этом имеет вид:

          (2.5)

В этом уравнении все члены правой части способствуют влагопереносу.

Вверх | Главная | Диссертация | Библиотека | Ссылки | Написать Мне |