1.3.1 Внешний тепло- и массообмен при сушке

Суш­ка строительных изделий и материалов обычно ведется при невысоких температурах порядка 100-200 ⁰С, 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= ( 1.3.1)

где - коэффициент тепдоотдачи от сушильного агента к мате­риалу;

- средняя температура сушильного агента в установке;

- средняя температура поверхности материала в процессе сушки.

Коэффициент теплоотдачи зависит от аэродинамиче­ских условий обтекания материала сушильным агентом, от свойств сушильного агента, от удельной поверхности материала, с которой происходит испарение, характера движения сушильного агента и целого ряда других фак­торов.

Эти процессы для различных случаев, встречающихся при тепловой обработке строительных изделий, характеризуются основными критериями подо­бия, приведенными ниже.

В условиях естественной конвекции основным аэроди­намическим критерием является критерий Архимеда (Ar) :

Ar = L3 g/v² (P₁ – P₂)/P₁, ( 1.3.2 )

где L= - определяющий размер материала;

F - поверхность тепло- и массообмена;

g - ускорение силы тяжести;

Р_l и Р₂ - плотности влажного сушильного агента, соответственно у поверхности материала и в ядре потока;

v - коэффициент кинематической вяз­кости.

При вынужденном движении сушильного агента ос­новным аэродинамическим критерием является критерий Рейнольдса (Re):

R_e=wL/ v ( 1.3.3 )

где w - скорость потока теплоносителя;

L - определяющий раз­мер - длина поверхности тепло- и массообмена в направлении по­тока

сушильного агента;

v - коэффициент кинематической вязкости.

Критерий Фурье (Fo) характеризует связь между ско­ростью изменения температуры и определяющим разме­ром подвергаемых тепловой обработке тел:

F_o=a/L², ( 1.3.4 )

где а - температуропроводность;

- время;

L - определяющий размер.

Если процесс испарения влаги с поверхности происхо­дит при температуре поверхности, отличной от темпера­туры сушильного агента, а именно такие условия наблю­даются при сушке строительных изделий, то вводят па­раметрический критерий :

=Тс/Т_п, ( 1.3.5 )

1.3.2 Внутренний тепло- и массообмен

Теплота, ко­торую получает поверхность материала при внешнем тепло- и массообмене, распространяется внутри материала за счет теплопро­водности. Влага при испарении ее с поверхности за счет возникающего градиента влагосодержаний начина­ет перемещаться по материалу и осложнять распрост­ранение теплоты в материале.

Влага при сушке может перемещаться внутри мате­риала в виде жидкости или пара. Перенос пара, возду­ха и газов, находящихся в материале, про­исходит молекулярным способом за счет диффузии или молярным в результате фильтрации под действием пе­репада общего давления. При удалении влаги в процес­се сушки ее место занимает воздух из окружающей сре­ды. Таким образом, влага и воздух и их движение по материалу взаимосвязаны. Пористость материала в про­цессе сушки уменьшается, так как частицы материала при удалении влаги сближаются и диаметр пор, и ка­пилляров сокращается.