книги из ГПНТБ / Шубин Г.С. Физические основы и расчет процессов сушки древесины

имеют одинаковый размер R\. Тогда запись в виде (5.4.13) можно представить

годным для всего диапазона изменения Е и Fo'.

На рис. 5.4.6 на основании обработки кривых, построенных для

разных B i ' , приведена номограмма зависимости CT = f i^E, B i ' ,

при а\ = а'2, для построения которой произведены некоторые усред-

нения. Из номограммы видно, что при малых отношениях ——

(широкие доски) величина критерия B i ' не влияет на поправку, связанную с многомерностью потока; мало влияет величина B i ' и на С х при низких значениях £ = 0-4-0,2. Сопоставление поправок, вносимых в расчет т величиной Ст , с поправками в виде принятия

162

приведенного размера 5 п р или 5 Г показывает, что величина Ст за­ нимает между ними промежуточное положение и имеет меньшие значения на первых этапах процесса (см. рис. 5.4.6). Это полно­ стью согласуется с выводами, которые были сделаны на основании многочисленных экспериментов, проводившихся в МЛТИ в течение

Опыт

\\\ч t^eo'C; <р=аг; у=гм/сек

28 J2 36 «4 48 S2 S6 €,V

Рис. 5.4.7. Экспериментальные и расчетные кривые сушки древесины раз­ личных сечений, построенные с учетом поправок на время С

ряда лет [134]. Для примера на рис. 5.4.7 приведены опытные кри­ вые сушки и рассчитанные с использованием величин Ст , которые подтверждают сказанное.

Рассматривая вопрос о влиянии анизотропии материала на сушку, необходимо отметить, что формулы для расчета длительно­ сти процесса при использовании в качестве расчетных размеров 5П р или ST приспособлены лишь для случаев, при которых влагопроводность в обоих структурных* направлениях одинакова.

Если материал имеет выраженную распиловку, это может быть учтено коэффициентом влагопроводности, избираемым для данного

*рад = 1,5. На рис. 5.4.9, а приведены графики £ = / ( F o ' ) для тан-

о

0,1 0,2 0,3 0,4 0,S 0,6 0,7 0,8 Fa 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,6 0,7 0,8 Fi

Рис. 5.4.9. Зависимость безразмерного влагосодержания древесины Е от крите­

164

гентального тока влаги (сортименты радиальной распиловки), а на рис. 5.4.9,6 — радиального тока влаги (сортименты тангентальной распиловки). Графики построены для B i ' = oo, что характерно при сушке древесины этих пород вследствие малых значений а'. Ана­ лиз показывает, что относительная продолжительность сушки огра­ ниченной по ширине доски тангентальной распиловки (радиальный ток влаги) по сравнению с такой же по размерам доски, но ра­ диальной распиловки (тангентальный ток влаги) будет меньше, чем при сушке неограниченных по ширине досок.

Например, при —^— = 0,4 и £ = 0,5 получаем

Полученный результат вполне логичен: в доске с чисто радиаль­ ным током влага по ширине в тангентальной направлении пере­ мещается медленнее, чем по толщине в радиальном направлении.

Таким образом, получены выражения и графики, позволяющие теоретически обоснованно учитывать анизотропию материала и пе­ ренос влаги (тепла) в разных направлениях в двух видах: как по­ правки на время С т и как поправки на расчетный размер матери­ ала Cs- Наиболее удобными и универсальными являются поправки на время (рис. 5.4.6 и 5.4.8), которые нужно вводить в уравнения, определяющие продолжительность процесса сушки (нагревания) от его начала (5.3.34—5.3.35).

5.5. УРАВНЕНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СУШКИ ПРИ НАЧАЛЬНОМ ВЛАГОСОДЕРЖАНИИ ВЫШЕ ПРЕДЕЛА ГИГРОСКОПИЧНОСТИ

При начальном влагосодержании выше предела гигроскопично­ сти сушка может протекать в периодах постоянной и падающей скорости. Период постоянной скорости присущ сушке наиболее тон­ ких древесных материалов типа шпона, методику расчета которой удобней строить на базе поля температуры, хотя принципиально это можно осуществить по полю влагосодержания.

Пиломатериалы, имеющие высокое WH, сохнут с постепенно убывающей скоростью процесса. При этом в связи со спецификой последнего при Wn>Wa.г (см. гл. 2), когда наличие градиентов влагосодержания по всему сечению не обеспечивает переноса влаги, использование уравнения (5.2.5) в чистом виде не вполне оправдано. Для этого случая П. С. Серговским [11] графоаналити­ ческим методом на основании принятой схемы распределения влаги по рис. 5.5.1, а (в зоне W<Wn.r — ее глубинах — кривая — парабола

165

второго порядка)—выведено уравнение продолжительности про­ цесса

Рис. 5.5.1. Схемы распределения влаги в древесине при WH выше WaJ

рединой сортимента величины W = Wn. г- По принятой схеме распре­ деления

При условиях первого рода из (5.5.1) получается

Для этапов сушки, описываемой формулой (5.5.1), получено

X

уравнение [11], включающее переменную величину — . При конеч-

А

ном влагосодержании более низком, чем Wncp, расчет по.формулам (5.5.1) или (5.5.3) должен суммироваться с расчетом по уравне­ ниям стадии регулярного режима типа (5.3.21).

Расчеты по формулам первого периода (5.5.1) и (5.5.3) дают удовлетворительные результаты (несколько заниженные) при срав­ нительно невысоком начальном влагосодержании WH (порядка 40—

166

5 0 %) и существенно завышают результаты при более высоких зна­ чениях Wn. Удовлетворительные данные получаются при описании процесса, имеющего Wa>W-a.г, формулами, полученными для Wa< < W n . г. Это объясняется тем, что хотя механизм процессов при влагосодержании ниже и выше предела гигроскопичности различен, он в конечном итоге контролируется зоной с влагосодержанием W<Wu.r, которая образуется сразу и в которой действует закон влагопроводности (т. е. интенсивность сушки пропорциональна гра­ диенту W).

Действительно, на кривых сушки мы не обнаруживаем суще­ ственных изменений по ходу процесса, отмечая, наоборот, плавный

Переходное влагосодержание, соответствующее окончанию про­ цесса удаления свободной влаги, в соответствии с той же схемой равно

Формулы (5.5.5) и (5.5.6) могут быть представлены в размер­ ности, принятой при записи формулы (5.3.21). Тогда, например, уравнение (5.5.5) дает (S — см; а' — см2/сек; т — ч):

167

Более удобно представить полученные формулы в критериаль­ ном виде. Из (5.5.5)—частичное удаление свободной влаги — мо­ жно получить

Рис. 5.5.2. Номограмма для расчета длительности периода удаления свободной влаги из древесины (распределение влаги по схеме на рис. 5.5.1,6)

По уравнению (5.5.9) построена номограмма (рис. 5.5.2). Левая ее часть связывает между собой величины конечного для этой ста­ дии влагосодержания WKl в виде

АА

часть номограммы связывает конечное влагосодержание ЕК[ и

168

критерий Fo'j, т. е. время. При этом для определения величины-Fo'

дающего Ек, =0,45. Тогда, следуя пунктирным линиям на чертеже, получим F o ' ^ 0 , 2 2 , что при знании размера материала позволяет

определить т = ~~~~т^- Если WK<Wuep, расчеты по формулам,

изложенные выше, должны суммироваться с расчетами по уравне­ ниям, полученным для случая Wn<Wn.T. По принятой схеме рас­ пределения влаги стыкование формул будет не вполне совпадаю­ щим. Однако расхождения при аппроксимации полученного распре­

В связи с этим целесообразно осуществить стыкование уравнения (5.5.5) или (5.5.9) с уравнением при параболическом начальном распределении и граничных условиях первого рода, полученном ав­ тором в § 5.3. Это уравнение имеет вид

WK-WP

(5.5.15)

Общая продолжительность сушки (в размерном виде)

- ^ [ ( ' • ' 6 ж г - ' Н ' б е 5 Ь Ь - - 1 ) ] +

или в более удобном безразмерном

F o o 6 i u = F o ; + F o 2 = 0 , 3 7 5 [ ( 1 , 1 6 - — ^ - - l ) - 0 , 6 6 5 [-щ— - 1 ) ] +

169

По уравнению (5.5.17) построена номограмма (рис. 5.5.3), левая часть которой позволяет определять величину Fo^ при полном уда­ лении свободной влаги, а правая часть — величину F o 2 от этого

170