14. Усадочное явление и деформации в процессе сушки

Основным препятствием для быстрой сушки многих материалов является растрескивание их. Причиной появления трещин (локальное разрушение), а также полного разрушения (потеря целостности структуры) является развитие объемно-напряженного состояния сушимого материала свыше предельно допустимого, обусловленного прочностью материала.

Это напряженное состояние создается недопустимой усадкой, которая, в свою очередь, возникает в результате неравномерного распределения влагосодержания и температуры внутри материала.

Усадочные деформации происходят в результате релаксации напряжений в структурах (капиллярнопористых системах).Усадка влажного материала при равномерном распределении влагосодержания и температуры является физическим свойством тела при удалении из него жидкости и не вызывает каких-либо опасных напряжений. Только усадка материала при неравномерном распределении u и t вызывает напряженное состояние, которое может привести к появлению трещин и полному разрушению структуры тела. Значительная и, особенно, неравномерная усушка всегда сопровождается так называемой деформацией изделия — короблением. Поскольку при сушке вода испаряется прежде всего с наружных слоев сырого изделия, то на ее место поступает вода из внутренних слоев. Если вода испаряется так, что ее уход с поверхности изделия все время соответственно пополняется изнутри, то сушка будет протекать нормально, без образования трещин. Если же вода с наружных слоев испарится слишком быстро, то степень влажности наружных и внутренних слоев окажется неодинаковой. Вследствие этого изделие будет усыхать неравномерно: наружные, менее влажные, слои сожмутся больше, чем внутренние. При умеренной, но все же заметной разнице в усадке возникают напряжения, вызывающие лишь коробление, а при большой — трещины. Степень однородности и зернистости рабочей массы оказывает большое влияние на равномерность переноса воды от внутренних слоев сырца к наружным. Для предотвращения деформации стремятся к тому, чтобы вся толща черепка в любой отрезок времени имела равномерную влажность.

Основной причиной трещинообразования в процессе сушки является наличие полей влагосодержания u и температуры t со значительным перепадом этих величин.

15. Внешн. Тепло и массообмены в процессе сушки

Сушка строительных изделий и материалов обычно ведется при невысоких температурах порядка 100-200ºС, при которых доминирует конвективный теплообмен между сушильным агентом и материалом. Поэтому в строительной индустрии применяют конвективные сушильные установки. При конвективном теплообмене поток теплоты q от сушильного агента к материалу можно определить по формуле: q=α(t_са-t_пм), где α-коэф теплоотдачи от сушильного агента к материалу, t_са-ср темп поверхности мат-ла а процессе сушки. Коэф теплоотдачи зависит от аэродинамических учловий обтекания материала сушильным агентом, от свойств сушильного агента, от удельной поверхности материала, с кот происходит испарение, характера движения сушильного агента и целого ряда других факторов. В теплотехнике для описания условий теплоотдачи пользуются системами дифференциальных уравнений, которые в большинстве своем не могут быть решены применительно к конкретным условиям. Поэтому конкретные условия теплоотдачи изучают экспериментально, а полученные данные в зависимости от различных переменных факторов обобщают, пользуясь теорией подобия. Для подобных явлений в качестве обязательных закладывают геометрическое подобие, подобие физических структур, начальных состояний и условий поверхностного взаимодействия тел с окружающей средой. Таким образом, сложный процесс теплоотдачи и массообмена заменяют зависимостью между группой величин, называемых критериями подобия. Эти процессы для различных случаев, встречающихся при тепловой обработке строительных изделий, характеризуются основными критериями подобия.