Глава 4 искусственная (камерная) сушка пиломатериалов § 18. Физические основы сушки древесины

Сушка древесины сопровождается рядом сложных физических явлений: поглощением тепла поверхностью материала (теплообменом), испарением с неё влаги (влагообменом) и перемещением их в материале (теплопроводностью и влагопереносом), а также деформированием древесины и возникновением внутренних напряжений.

Виды влагопереноса

Влагопроводность – движение связанной влаги под действием градиента влагосодержания dR в сторону его понижения в древесине плотностью в абсолютно сухом со­стоянии р₀ при коэффициенте влагопроводности а' – описывается уравне­нием плотности потока влаги q , кг/м²/с, называемым основным законом влагопроводности

(аналогичным уравнению теплопроводности (3.13):

Термовлагопроводность – движение влаги под действием гра­диента температуры. Её можно наблюдать по нарушению равновесия гиг­роскопического стержня-коромысла при наличии температурного перепада по его длине. Отношение градиента влагосодержания du/dx к градиенту температуры dt/dx называется термоградиентным коэффициентом δ = -du/dt (рис. 4.1), с учетом которого (заменой в уравнении 4.1 du на – δdt) вытекает уравнение термовлагопроводности:

Молярный влагоперенос – устойчивое направленное движение пара и жидкости по капиллярам от перепада внешнего давления в древеси­не Р. При коэффициенте молярного переноса в (ρ₀, t,W) плотность потока.

При влаго- и термовлагопроводности потенциалами переноса являются парциальное давление пара Р_п и капиллярное давление жидкости Р_к.

Обобщённое уравнение влагопереноса имеет вид:

Низкотемпературная сушка

М еханизм низкотемпературного процесса сушки (при t < 100 °С) влажной древесины (W_H < W_n„) характеризуется десорбцией влаги с поверхностных слоев и возникновением градиента её содержания, создающего её движение к поверхности и снижение по всей толщине сортимента (рис.4.2, а, моменты 1, 2, 3....). Скорость сушки пропорциональна разности W_ц – Wп.

При сушке тонких сырых (W_н > W_nн) сортиментов имеет место период постоянной её скорости при стабильной температуре t_м в течение времени, пока скорость капиллярного подсоса свободной влаги изнутри к пов­ерхности равна скорости испарения. По мере углубления зоны испарения внутрь сортимента снижение влаги замедляется, и влажность асимптотич­ески приближается к устойчивой W_ρ (рис. 4.2, г).

Изменение влагосодержания произвольной точки одномерного тела u во времени τ описывается дифференциальным уравнением нестационар­ного влагообмена:

Решение этого уравнения относительно τ при граничном условии

где а' – коэффициент влагообмена, м/с, определяемый как функция φ, ω, t по номограмме (рис. 4.3);

u_пов, u_у – поверхностное и устойчивое влагосодержание тела, приведено к уравнению продолжительности сушки τ, с, неограниченной пластины (одномерного тела) толщиной S вида:

Применительно к сушке толстых (более 20 мм) сортиментов сечени­ем S₁ x S₂ при расчётной их толщине S = S₁ S₂/ (S₁+S₂) (когда процесс суш­ки лимитируется влагопроводностью (α’/а' -* → ∞) это уравнение упрощено П.С. Серговским до вида