книги из ГПНТБ / Термодинамические основы интенсификации сушки строительных материалов и изделий [сборник]

Здесь 0 ц.Кр и vpK— критические значения предельного напряжения сдвига и вязкости, при которых начинается деформация изделий.

Во втором интервале (АВ) ограничительным явля­ ется условие отсутствия трегцинообразования в резуль­ тате повышения внутреннего избыточного давления. В первом приближении, как показывают эксперименталь­ ные исследования, это условие выполняется тогда, ког­ да потенциал массопереноса изделия не повышается. Конец данного интервала ограничен структурно-крити­ ческим влагосодержанием USkP (Т), которому соответст­ вуют ф,ф и 0Кр (Т) [7].

После достижения U6Kp (Т) критические напряжения вследствие подъема температуры не возникают. Следо­ вательно, ограничительные условия второго интервала АВ могут быть выражены следующим образом

В третьем интервале (ВС) скорость подъема темпе­ ратуры может быть увеличена и температура доведена до значения Тмакс в пределах 373—388° К. Однако при этом Тмакс не должна превышать значений, при которых могут развиваться некомпенсируемые импульсным воз­ действием вакуумирования градиенты U, Т и 0 в самом изделии, ибо при низких влагосодержаниях выравнива­ ющее действие импульсов разрежения на U, Т и 0 осла­ бевает. Следовательно, ограничительным условием треть­ его интервала является отсутствие градиентов после им­ пульсного воздействия вакуума, т. е.

Проведенные исследования позволили рекомендо­ вать режимные параметры сушки дренажных труб при общей продолжительности — 64 мин.

Ли т е р а т у р а

1.Б о б к о в а Б. Н. Исследование влияния неравномерного структурообразования на внутренний массоперенос и интенсификация суш­

ки гипсовых прокатных изделий. (Автореферат), 1971.

2. Ц и м е р м а н и с Л. Б. Термодинамический анализ развития открытой структурообразующей системы. В этом же сборнике, стр. 3.

кн.: Вопросы нестанционарного переноса тепла и массы. «Наука и техника», 1965.

3 Зак. 3877

Е. Л. ВЫСОЧАНСКИП

ОПИСАНИЕ И КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ МАССОПЕРЕНОСА С ПОМОЩЬЮ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Математическое описание процессов переноса при помощи таких параметров как влагосодержание или по­ тенциал массоперсноса на практике оказывается не сов­ сем удобным из-за трудностей в измерении их локаль­ ных значений. Поэтому вопрос увязки формы описания с доступными методами контроля считается достаточно

актуальным [!]• Рассмотрим возможность описания, в частности, од­

номерных нестационарных процессов массоперсноса с помощью интегральных параметров, поддающихся пря­ мому измерению. К таким следует отнести, прежде все­ го, вес влажного тела W. Для образца тела, длиной R и сечением S, имеем

В качестве интегральных параметров можно рас­ сматривать также моменты силы тяжести, создаваемые распределенной в образце массой, измеренные около точек на его геометрической оси с координатами х =

=0 (°) и х = R (MR) .

Согласно определениям имеем:

42

распределенной в образце влагой, М °— мо­ мент, создаваемый весом скелета образца;и

Найдем связь новых параметров с потоками влаги в образце. Для этого рассмотрим уравнение баланса мас­ сы (источники -и стоки отсутствуют)

которое после интегрирования по X и умножения на S устанавливает связь между скоростью изменения веса образца и интенсивностью внешнего массообмена (раз­ ностью полных потоков на его торцевых поверхностях):

Здесь левый интеграл представляет собой скорость из­ менения момента сил тяжести, измеренного около точки х = 0 (М°), а правый — можно выразить через средний

Заменив в (9) плечо х силы тяжести влаги, содер­ жащейся в элементарном слое (S“[0 Ug?x), на R — х, по­ лучим, соответственно, выражение для момента силы тяжести, измеренного около точки х = R:

Средний интегральный поток 1 характеризует интен­ сивность внутреннего массопереноса и должен рассмат­ риваться как самостоятельный интегральный параметр. Он может быть использован для описания и контроля одномерных процессов массопереноса, в частности, про­ цесса сушки плитных изделий.

Приняв симметричные граничные условия массообмена на поверхностях изделия, последнее можно моде­ лировать образцом-стержнем, длиной в 1 / 2 толщины плиты, один торец и все боковые грани которого влаго­

без соблюдения условий соответствия внутреннего мас­ сопереноса внешнему. Интенсивное удаление влаги с поверхности изделия, например, путем увеличения тем­

44

пературы и скорости конвективных потоков воздуха способствует обычно лишь кратковременному росту ско­ рости сушки, за которым следует пересушивание поверх­ ности и углубление зоны испарения [2]. В результате скорость сушки падает, а качество изделий ухудшается. С другой стороны, при использовании способов сушки, интенсифицирующих преимущественно внутренний массоперенос (например, импульсно-вакуумного способа [3]), влага может скапливаться у поверхности изделия если внешний массообмен недостаточно интенсивен.

В обоих случаях своевременный контроль величины среднеинтегрального потока позволит предупредить не­ желательные явления, обеспечить равномерность сушки и оптимальную ее скорость.

Поскольку условием равномерности сушки может являться постоянство скорости убыли влаги для всех сече­

лучим условие равномерности сушки, содержащее лишь интегральные параметры:

2_ г dMn'

(17)

R L dw .

Очевидно, что обеспечить выполнение данного усло­

вия в течение всего процесса трудно. График зависимо-

2

сти величины — М° от W в этом случае должен совме-

R

щаться с прямой, проведенной из начала координат под углом в 45°. Процесс сушки, подчиняющийся усло­ вию (17), будем называть идеальным.

Реальный процесс обычно описывается некоторой

функцией — М °= f (W), совпадающей с идеальной в на-

К

45

чальной точке Mt° a 4 = WHa4j (рис. 1-а), а также в ко­ нечной, если изделие высушивается полностью

— М° = W K

кон к

Заштрихованная на графике площадь определится интегралом

а) при конвективной сушке; б) при импульсно-вакуумной конвективной

сушке

Очевидно, что минимум этого интеграла будет до­ стигнут в том случае, если режим сушки обеспечивает максимальную ее равномерность.

Поскольку добиться полного совпадения графиков

2

идеальной и реальной зависимости — М°(т)от W (т)

R

можно лишь при бесконечно малой скорости сушки, ос­

значения, а процесс сушки приближается к идеальному. Подобный режим наиболее четко реализуется в им­ пульсно-вакуумной конвективной сушке [4], когда по­ очередно создаваемые импульсы нагрева с обдувом и

46

разрежения на поверхности изделия способствуют по­ очередной интенсификации, соответственно, внешнего и внутреннего массопереноса. В этом случае импульс раз­ режения вызывает приток влаги к поверхности изделия, в результате чего величина М° резко возрастает (уве­ личивается плечо силы тяжести влаги), а подынтеграль­ ная функция меняет знак.

dx

тяжести становится единственным контролируемым ин­ тегральным параметром. В этом случае уравнения (14) и (15) приобретают одинаковый вид и могут быть сов­

измерены с помощью двух аналитических весов. Для этого образец помещают в жесткую форму, которую снабжают тонкими, выступающими наружу осями, сов­ падающими с линией, проходящей через центры тяже­ сти поперечных сечений формы (с образцом). Этими осями опирают форму на лезвия специальных серег, ко­ торые подвешивают на гибких нитях к центральным точкам чашек обоих весов. Моделируя процесс и не­ прерывно восстанавливая равновесие обоих весов с по­ мощью гирек, получают зависимости G° = f, (т) и GR= = f2 ('), связанные с искомыми моментами следующими соотношениями:

весие тех весов, к которым подвешен образец стороной,

47

При исследованиях чисто внутреннего массопереноса (W = const) достаточно одних весов. В этом случае серьги подвешиваются к обоим их чашкам. Зависимость между Мд и грузами, восстанавливающими равновесие весов, выразится следующим равенством:

ромысла весов.

Из рассмотрения условий равновесия весов, соглас­

точкой его опоры, W — вес формы с образцом, б — крат­ чайшее расстояние между центром тяжести формы с об­ разцом и линией, проходящей через точки опоры осей на серьги.

Как видно из (23), величина б может иметь два зна­ ка. Положительному знаку соответствует расположе­ ние центра тяжести формы с образцом под упомянутой линией, а отрицательному — над ней. Величина и знак б влияют на чувствительность весов. Добиться того, что­ бы величина б была достаточно мала, несложно. В ре­ зультате весы, переоборудованные для измерения момен­ та, будут иметь чувствительность несколько большую или меньшую стандартной.

48