авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Технология сушки пиломатериалов на основе моделирования и оптимизации процессов тепломассопереноса в древесине

-- [ Страница 3 ] --

Данные табл. 3 показывают, что скорость циркуляции определяется, главным образом, толщиной пиломатериалов, подвергающихся сушке (при постоянной толщине прокладок и линейной мощности нагревателя).

Для лесосушильных камер с естественной циркуляцией эффективной оказывается структура режима с циклическим нагревом-охлаждением штабеля и промежуточным открытием выпускного канала (рис. 9).

Рис. 9. Структура осциллирующего режима сушки в камере с естественной циркуляцией

tн – начальная температура, 0С; tц.о. – температура циклового охлаждения, 0С; tц.н. – температура циклового нагрева, 0С; пр. – продолжительность первоначального прогрева, час; ц. – продолжительность циклового прогрева, час; ц.о. – продолжительность циклового охлаждения, час; о – продолжительность открытия вытяжного канала, час; охл. – продолжительность конечного охлаждения, час; tц – амплитуда осциллирования температуры, 0С.

Значительный интерес с точки зрения развития полей влагосодержания и, особо, внутренних напряжений вызывают доски, содержащие заболонь и ядро.

Разработанная методика анализа полей влагосодержания и влажностных напряжений позволяет делать это и для досок, содержащих заболонь и ядро одновременно (в дальнейшем будем называть такие сортименты заболонно-ядровые).

На основе разработанной методики был проведен масштабный вычислительный эксперимент (рис. 10 – 13), результаты которого позволяют сделать следующие выводы.

  1. Исследования показали пригодность разработанной методики для анализа полей влагосодержания и динамики внутренних (влажностных) напряжений в древесине. Сопоставимость получаемых результатов с известными ранее также подтверждает правомерность применения предложенных моделей массопереноса в древесине.
  2. Скорость протекания тепловых процессов при ламинарном и турбулентном обтекании доски оказывается близкой. Это позволяет говорить о том, что влияние скорости циркуляции на прогрев штабеля не является определяющим. При ламинарном обтекании доски температура агента сушки весьма существенно влияет на ее продолжительность. Это является следствием существенной зависимости влагопроводности древесины от температуры.
  3. Коэффициент безопасности (Б) служит исчерпывающей характеристикой применения того или иного режима сушки. Однако применение режимов с Б близким к 1,0 недопустимо, т.к. при этом не обеспечивается необходимый запас прочности древесины. Для гарантированного сохранения целостности древесины необходимо, чтобы Б 1,3.
  4. Применение осциллирующих режимов сушки при естественной циркуляции позволяет проводить сушку при минимальной величине коэффициента безопасности режима сушки в пределах 1,4 – 1,8, что полностью обеспечивает сохранение целостности древесины при сушке.
  5. Расчетная величина диапазонов значений параметров режима сушки для целей оптимизации соответствует существующим представлениям.
  6. Нормативные режимы вследствие их достаточно высокой жесткости не могут обеспечить приемлемое значение величины коэффициента безопасности.
  7. Бесступенчатая структура режима позволяет получать сухие пиломатериалы требуемого качества при приемлемой продолжительности процесса.
  8. Сушка трудносохнущих пород должна проводиться с применением специальных режимов, иначе невозможно обеспечить целостность древесины после ее сушки.
  9. Сушка заболонно-ядровых досок должна проводиться с применением мягких режимов с повышенной начальной и конечной равновесной влажностью. Особо “трудносохнущими” оказываются доски с содержанием заболони 75 % и выше. Однако количество таких досок оказывается статистически незначимым, что позволяет избежать разработки специальных режимов для их сушки.

В четвертом разделе “Общие методические положения” обоснованы конструкции и характеристики экспериментальных лесосушильных камер, рассматриваются основные методические положения проведения опытов и обработки их результатов.

Сформулированы требования к точности метода контроля высушенной древесины.

На основании требований РТМ и согласно теории ошибок получены уравнения для оценки диапазонов методов.

1. Определения средней конечной влажности:

, (30)

 а) б) в) Кинетика и динамика-47

а)

 б) в) Кинетика и динамика сушки-49

б) в)

Рис. 10. Кинетика и динамика сушки пиломатериалов:

естественная циркуляция;

температура – 80 0С;

равновесная влажность – 10 %

а) Изменение влажности древесины во времени:

1 – средняя влажность;

2 – внутренние слои;

3 – наружные слои

б) Внутренние напряжения в поверхностных слоях древесины:

1 – влажностные;

2 – допускаемые

в) Распределение влажности по толщине доски в различные моменты времени сушки

 а) б) в) Кинетика и динамика-50

 а) б) в) Кинетика и динамика сушки-51

а)

 б) в) Кинетика и динамика сушки-52

б) в)

Рис. 11. Кинетика и динамика сушки пиломатериалов:

порода древесины – сосна;

толщина доски – 40 мм;

режим сушки – 4-Н

а) Изменение влажности древесины во времени:

1 – средняя влажность;

2 – внутренние слои;

3 – наружные слои

б) Внутренние напряжения в поверхностных слоях древесины:

1 – влажностные;

2 – допускаемые

в) Распределение влажности по толщине доски в различные моменты времени сушки

 а) б) в) Кинетика и динамика-53

 а) б) в) Кинетика и динамика сушки-54

а)

б) в)

Рис. 12. Кинетика и динамика сушки пиломатериалов:

порода древесины – сосна;

толщина доски – 40 мм;

температура – 80 0С;

равновесная влажность: начальная – 15 %; конечная – 8%

а) Изменение влажности древесины во времени:

1 – средняя влажность;

2 – внутренние слои;

3 – наружные слои

б) Внутренние напряжения в поверхностных слоях древесины:

1 – влажностные;

2 – допускаемые

в) Распределение влажности по толщине доски в различные моменты времени сушки

 а) б) в) Кинетика и динамика-56

 а) б) в) Кинетика и динамика сушки-57

 а) б) в) Кинетика и динамика сушки-58

а) б) в)

Рис. 13. Кинетика и динамика сушки заболонно-ядровых досок

Sз/Sя = 0,75 (равновесная влажность: Wрн = 18 %; Wрк = 10 %)

а) Кинетика средней влажности: 1 – заболонь; 2 – ядро

б) Кинетика влажности на границе заболонь – ядро: 1 – заболонь; 2 – ядро

в) Внутренние напряжения (при = 150 час): 1 – влажностные; 2 - допускаемые

2. Определения послойной влажности:

, (31)

, (32)

где Wпд – допустимое отклонение конечной влажности в партии от среднего;

Wт – допустимый перепад влажности по толщине.

Расчетные значения параметров метода контроля влажности древесины приведены в табл. 4.

Таблица 4

Общие требования к методу контроля влажности древесины

при сушке пиломатериалов

Допустимая погрешность определения влажности, SW, % Диапазон определения влажности, %
0,125 1,8 – 22,75

Определены требования к точности взвешивания, при реализации сушильно-весового метода контроля получено уравнение:

, (33)

где Sm – допустимая погрешность определения массы влаги и массы сухого древесного вещества;

Sw – допустимая погрешность определения влажности W образца древесины массой mw.

Произведенные далее расчеты позволяют констатировать следующее:

  • точность взвешивания 0,1 г, которая регламентирована ГОСТ 16588 – 91 позволяет получить в какой-то степени приемлемую точность определения влажности древесины только для секций влажности крупных сечений пиломатериалов. При этом точность оказывается приемлемой только для II – III категории качества сушки;
  • точность взвешивания 0,01 г, которая была регламентирована ГОСТ 16588 – 79, позволяет получить требуемую I категорией качества сушки точность определения влажности для большинства сечений пиломатериалов. Исключение составляют достаточно мелкие сечения при толщинах пиломатериалов 16, 19 и 22 мм;
  • точность определения влажности для пиломатериалов мелких сечений возможна за счет повышения массы секций влажности указанных сечений.

Подтверждено, что рекомендуемое РТМ количество секций влажности (для ее определения сушильно-весовым методом) при метрологических характеристиках применяемых методов является достаточным.

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили достаточность точности взвешивания 0,01 г.

Разработан метод контроля влажности древесины в процессе ее сушки.

В качестве метода контроля выбран метод, основанный на определении разности температур агента сушки на входе в штабель и выходе из него.

В основе практической реализации метода лежит выведенное В.П. Агаповым выражение:

, (34)

где б – базисная плотность древесины, кг/м3;

S2 – ширина сортимента, м;

S1 – толщина сортимента, м;

Т – толщина прокладки, м;

1 – плотность сушильного агента на входе в штабель, кг/м3;

ц – скорость циркуляции сушильного агента, м/с;

аm – коэффициент влагопроводности древесины, м2/с;

m – коэффициент влагообмена, м/с;

d – влагосодержание сушильного агента на входе в штабель, г/кг;

t – разность температуры сушильного агента на входе и выходе из штабеля, 0С;

В – коэффициент.

В табл. 5 приведены данные метрологической оценки данного метода контроля влажности древесины.

Таблица 5

Погрешность определения влажности древесины по перепаду температур на штабеле

Влажность древесины, % , %
8 1,36 0,66
25 2,49 1,22
35 4,97 2,29

Примечание: W – предельная, а W* - среднеквадратическая погрешность определения влажности древесины.

Проведенная экспериментальная проверка подтвердила данные теоретических исследований (см. рис. 14) в отношении достаточной точности определения влажности древесины при сушке пиломатериалов.

Рис. 14. Метрологические характеристики методов контроля влажности древесины

- сушильно-весовой метод;

- метод по перепаду температур на штабеле;

- доверительный интервал для сушильно-весового метода.

В пятом разделе “Исследование процессов сушки пиломатериалов” приведены данные экспериментальных исследований процессов сушки осциллирующими режимами при естественной циркуляции агента и, соответственно, бесступенчатыми режимами в камерах с принудительной циркуляцией.

По первому направлению исследований после проведения предварительных экспериментов был реализован трехфакторный В-план.

Переменными факторами при проведении эксперимента являлись:

t0 – температура охлаждения штабеля, 0С;

t – амплитуда осциллирования температуры, 0С;

0 – продолжительность открытия шибера воздушной заслонки, мин.

Выходными параметрами являлись:

Тсуш – продолжительность сушки, час;

S – среднеквадратическое отклонение влажности пиломатериалов, %;

N – расход энергии на сушку, ГДж/м3;

– внутренние напряжения в пиломатериалах после сушки (определялись качественно, по отклонению зубцов силовой секции).

В явном виде функции отклика имеют вид:

(35)

(36)

(37)

Затем при помощи процедур в Mathcad – 12 была проведена частная оптимизация по каждому выходному параметру, а затем определены рациональные значения параметров режима сушки методом условного центра масс:

.

При этом значения выходных параметров процесса сушки составляют:

Tсуш = 136 час, S = 0,52 %, N = 1,13 ГДж/м3.

На рис. 15 представлены зависимости выходных параметров эксперимента от входных (при 0=30 мин). На всех графиках прослеживается наличие четко выраженного минимума поверхностей отклика.

Таким образом, проведенный эксперимент полностью подтвердил высокую эффективность выбранной структуры режима при качестве пиломатериалов, соответствующем I категории качества сушки.

В 2003 году на мебельно-обрабатывающем комплексе ОАО «ВСМПО» была смонтирована и запущена опытно-промышленная камера с естественной циркуляцией агента сушки, на которой были проведены опытные сушки осциллирующими режимами, с последующим внедрением опытной технологии.

Анализ результатов производственных исследований позволяет заключить следующее:

  • В исследованном диапазоне изменения управляющих факторов качество сушки пиломатериалов высокое, в основном соответствует I категории качества по неравномерности конечной влажности;
  • Подтвердились результаты лабораторных исследований в части влияния температуры на внутренние напряжения. При этом I категория качества сушки достигается при температуре 62 0С и ниже.

По второму направлению при экспериментальных исследованиях также был реализован план В3. Переменные факторы при проведении эксперимента:

н – степень насыщенности среды в начале сушки;

к – степень насыщенности среды в конце сушки;

tс – температура агента сушки по сухому термометру, 0С.

Структура режима соответствовала описанным ранее требованиям при оптимальном управлении процессом.

Выходные параметры эксперимента были такими же, как и в исследовании по первому направлению функции отклика в данном случае имели вид (рис. 16):

, (38)

, (39)

(40)

Натуральные значения переменных, соответствующих решению компромиссной задачи:

.

При этом

Tсуш = 137,73 час, S = 0,835 %, N = 1,876 ГДж/м3.

Для проведения сравнительного анализа полученных результатов эксперимента был проведен ряд контрольных сушек пиломатериалов по нормативным режимам. Результаты данной серии опытов приведены в табл. 6.

Таблица 6

Результаты опытных сушек нормативными режимами

Режим сушек Количество сушек Выходные параметры процесса
Продолжительность сушки Среднеквадратическое отклонение Расход энергии на сушку
Тср, час Sср, % Ss, % Ncp, ГДж/м3 SN, ГДж/м3
5 – Н 8 144 17,2 1,35 0,12 2,24 0,18


Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.