ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Экспериментальное исследование тепло- и массообмена при высокотемпературной конвективной сушке плоских древесных материалов из "Тепло- и массоперенос Том 4 Тепло- и массоперенос в процессах сушки " Интенсификация процесса является одной из наиболее актуальных проблем лесосушильной техники. В связи с этим особое значение приобретают исследование особенностей и механизма высокотемпературной конвективной сушки древесины и разработка на этой основе инженерных методов расчета длительности процесса. [c.186] Эксперименты, проведенные при высоких для древесины параметрах воздуха (80—250° С) с материалами разных пород и толщин, свидетельствуют о большом разнообразии характера протекания процесса, а также о качественно новых явлениях, присущих высокотемпературной сушке древесины. Наглядное лредставление об этом могут дать кривые изменения температуры и влагосодержания древесины во времени, приведенные на -рис. 1 для температур воздуха 80, 120, 160 и 205° С. [c.186] Из рис. 1 видно, что по обычной схеме мягкого процесса протекает сушка лишь самых тонких образцов древесины (шпон толщиной 1—2 мм, пунктирные линии). Здесь имеют место периоды постоянной скорости сушки и температуры древесины та уровне температуры мокрого термометра без градиентов температуры по толщине. Практически во всех остальных случаях (толщина 5—10 мм и выше) при этих же состояниях среды сушка протекает по схеме жесткого процесса, при котором отсутствуют периоды постоянной температуры на уровне t = t (сплошные линии). При этом в пределах последней схемы развитие температурного поля имеет разновидности, которые могут быть сведены к двум крайним вариантам первый — температура в точке непрерывно нарастает вплоть до момента достижения равновесия (рис. , А и ) и второй— при достижении материалом s=100° температура в отдельных его зонах стабилизируется (рис. , В и Г). Первый вариант характерен для сравнительно невысокой интенсивности сушки, когда температура ЮО°С достигается древесиной в конце процесса (для толщины 5 = = 5- 10 мм это имеет место, например, при с=120°С) второй характерен для развитого процесса высокотемпературной сушки древесины. Опыты показывают, что резкой грани между обоими вариантами не существует и течение процесса со стабилизацией температуры на уровне / 100°С (или несколько выше) имеет большее значение для более толстого материала и при более высоких (сверх 100° С) температурах воздуха. При этом чем тоньше материал, тем замедленнее нарастает поверхностная температура, а в более толстом температура поверхности резко возрастает с самого начала процесса. [c.186] Необходимо отметить также промежуточный тип температурной кривой древесины с двумя горизонтальными участками на уровнях и t lOO° , характерный для сушки тонких образцов (2—8 мм) при весьма высоких температурах (порядка 200°С и выше) ( см. рис. 4, кривая 5 = 5 мм). [c.187] Рассмотрение полей температуры, влагосодержания и внутреннего давления показывает, что стабилизация температуры древесины на уровне 100°С связана с особенностями фазовых превращений и что основной движущей силой процесса в это время является перенос влаги под влиянием внутреннего избыточного давления водяного пара. [c.187] Своеобразие температурного поля видно из рис. 2. Здесь на определенном этапе температурные кривые внутренней зоны, построенные через каждые 10 мин, накладываются одна на другую, различаясь лишь в периферической части. Тем самым подтверждается углубление зоны парообразования вглубь, что также видно из рис. , В и Г, где отмечается отрыв температурной кривой в промежуточной точке. [c.187] Отмечается также специфический вид кривой скорости сушки древесины, которая при молярном переносе имеет ярко выраженную двояковыпуклую форму и тенденцию к образованию горизонтального участка. [c.187] Качественная картина изменения внутреннего давления при высокотемпературной сушке древесины. [c.188] Различный характер кривых давления, очевидно, может быть объяснен различной скоростью удаления воздуха. Вариант А характерен для сушки тонких образцов, Б—для более толстых образцов. [c.189] Тот факт, что горизонтальные участки температуры поддерживаются при сушке тонких образцов на уровне 100° С. (или незначительно превышают эту величину), свидетельствует о небольшом избыточном давлении внутри древесины, которое, однако, оказывается достаточным для быстрого удаления влаги. [c.189] До момента достижения древесиной =100°С влагосодержание снижается по всему объему (рис. 2) практически с самого начала, что свидетельствует о подавлении термовлагопроводности влагопровод-ностью и движением влаги под влиянием избыточного давления паровоздушной смеси. [c.189] После окончания процесса молярного переноса ( =8 12%) влага по сечению устанавливается ниже гигроскопической точки. И хотя в целом этот период имеет небольшое практическое значение, следует отметить, что к концу сушки, когда количество влаги, переносимой в виде пара, увеличивается, увеличивается значение эффузионного переноса по стенкам клеток (мик1 капилляры с, г 10 см). Последний пропорционален величине Я/t/ Т, которая вследствие наличия перепада температур при малых влагосодержаниях оказывается внутри больше, чем на поверхности, что вызывает перемещение пара к ней. [c.189] Возникающее внутреннее давление водяного пара зависит от степени превышения скорости образования пара над скоростью его переноса. Первое определяется количеством подведенного тепла (пропорционально перепаду температур At и коэффициенту теплопроводности Я), а вторая — перепадом давлений АР и коэффициентом молярного переноса Кр. [c.190] При сушке легкопроницаемых пород или тонких материалов процесс лимитируется подводом тепла, внутреннее давление невелико. Ускорение процесса и здесь достигается повышением температуры. Однако так как в этом периоде температура поверхности нарастает замедленно, можно повышать температуру среды до более высоких значений (порядка 180—220° С). Качественные показатели при этом получаются удовлетворительными. [c.191] Экспериментальные данные позволили выявить некоторые закономерности внешнего тепломассообмена. Для этих целей были привлечены методы теории подобия. [c.191] В качестве определяющей температуры принята температура среды. Зависимость получена на образцах с пятью характерными размерами в диапазоне Re = 3-103—4-10 при изменении скорости воздуха в пределах 1,5—3,75 м1сек (в ранее опубликованной работе автора (Л. 16] диапазон изменений критерия Re был уже). [c.191] Такое преобразование могло являться следствием влияния интенсивного поперечного потока, а также турбулизирую-лцего влияния передней кром-,ки (5=1—2 мм), которые, влияя на устойчивость пограничного слоя, могли значительно снизить значения кри- тических чисел Re. [c.192] На основании рассмотренных особенностей высокотемпературной сушки разных групп древесных материалов разработаны методы практических расчетов длительности процесса. [c.192] Необходимо отметить, что в практике сушки древесины пользуются сугубо эмпирическими формулами. Применительно к сушке толстых пиломатериалов П. С. Серговским [Л. 12] разработаны практические методы расчета, основанные на использовании общих уравнений переноса влаги. Для расчета более тонких пиломатериалов и шпона, а также для развитого высокотемпературного процесса эти формулы оказываются неприемлемыми вследствие непостоянства коэффициента влаго-обмена и видоизменения движущих сил процесса. [c.193] В связи с этим в настоящей работе развивается направление, по которому расчет длительности сушки сводится к расчету теплопереноса с использованием более стабильных тепловых коэффициентов. [c.193] Вернуться к основной статье