НАГРЕВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

  Вся электронная библиотека >>>

 СУШКА ДРЕВЕСИНЫ >>>

    

 

СУШКА ДРЕВЕСИНЫ


Раздел: Строительство

 

29. ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАГРЕВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

  

Конвективный процесс сушки нагретым воздухом или продуктами сгорания состоит из трех последовательных этапов: нагревания влажных пиломатериалов (2—6%), собственно сушки (95—85%) и охлаждения высушенной древесины (2—6% от общей продолжительности сушкн); первая цифра, относится к толстым сортиментам твердых пород. Рассмотрим сначала поток тепла через стенку.

Режим теплового потока может быть стационарным и нестационарным.

Стационарный режим характеризует тепловой поток, проходящий через стенку (ограждение сушильной камеры, стенку калорифера и т. д.), когда неодинаковые температуры по обе ее стороны сохраняются постоянными во времени; при этом внутри стенки устанавливается неизменное температурное поле. Если коэффициент теплопроводности стенкн (однослойной) постоянный, температура по ее толщине распределяется по линейной закономерности, как это показано отрезком ас на  51.

Нестационарный режим характеризуется переменным в пространстве и времени температурным полем в нагреваемом или охлаждаемом теле. Если в процессе нагревания или охлаждения прекратилось влияние параметров начального теплового состояния тела, а температура среды сохраняется неизменной, тепловой режим тела называется регулярным.

При рассмотрении процессов нагревания и охлаждения необходимо раскрыть закономерности распределения температурного поля в поперечном сечении, в первую очередь пв толщине плоского материала (доски), а также более точно определить расчетным путем продолжительность нагревания подлежащей высушиванию древесины н ее кондиционирования с охлаждением в сухом состоянии. Ввиду большого разнообразия производственных условий и желания получить универсальные решения ответы следует находить, пользуясь обобщенными методами расчетов.

В целях упрощения можно принять некоторые допущения и ограничения. Так, в отношении распространения тепла по поперечному сечению доски древесину можно приравнять к изотропному телу за исключением случаев, когда предопределено достаточно ориентированное направление теплового потока в радиальном или в тангентальном направлении. Начальную температуру древесины будем считать одинаковой по всему объему, температуру среды постоянной как над всей поверхностью материала, так и во времени. Примем также, что тепло распространяется лишь в направлении по толщине материала, имеющего форму бесконечной пластины, т. е. оставим пока без учета влияния боковых кромок (в брусках) и торцовых поверхностей материала на нагревание. Таким образом, будем рассматривать одномерную задачу.

Из основ теплопередачи известно, что при нестационарном тепловом режиме применительно к одномерной задаче закон распределения температур (по толщине пластины) описывается дифференциальным уравнением «рурье

Уравнение (131) отражает зависимость между скоростью нагревания (в левой части), тепловыми свойствами тела (коэффициентом а) и градиентами температур в теле (второй производной от температуры t по координате х).

При анализе и решении сложных тепловых явлений и процессов, а также обработке и обобщении данных экспериментальных исследований в теории теплопередачи применяют безразмерные теплофизические комплексы, называемые критериями теплового подобия. Эти же критерии распространяются и на процессы сушкн для изучения миграции влаги в материале, ее испарения и т. д., и тогда их называют гигрометрическими или влагообменными критериями подобия

В случае выявления температуры на оси нагреваемых узких досок (брусков) в качестве безразмерной температуры в последнем расчете принимают произведение безразмерных температур, вычисленных отдельно для толщины и для ширины сортимента. На  54 приведена диаграмма [24] для графического расчета продолжительности нагревания сортиментов прямоугольного сечения с разным отношением ширины Ш к толщине Т. Верхняя кривая характеризует одностороннее нагревание бесконечной пластины. Влиянием кромок на продолжительность нагревания можно пренебречь, если Ш\Т> 3.

Нагревание материала при коэффициенте теплообмена а<оо воздухом, характеризующимся значением <р<1. При этом в пограничном слое в виде

элемента термического сопротивления возникает заметная разность температур Д( (см.  52,6), поэтому Bi<°o. Расчет такого нагревания сложнее расчета для а-»-оо.

Величина а зависит от характера нагреваемой поверхности и гидродинамики омывания ее средой

На диаграмме в логарифмических координатах (на логарифмической бумаге) это уравнение покажет прямую. Действительно, логарифмируя его, получим lg Nu=Ig Ig Re, или применительно к логарифмической анаморфозе уравнение прямой у=В+пх. Значение п представляет тангенс угла а наклона прямой к оси абсцисс. Постоянная Л =Nu/Ren удовлетворяет любой точке .прямой. Затем из соотношения (см.  7) Nu=alj%, где 1(м) — определяющий размер для пути воздуха по материалу, устанавливают а.

Обычно материал нагревается воздухом с более высокой насыщенностью пара ф, чем охлаждается. При охлаждении сортимента воздух подогревается древесиной и граничное значение воздуха падает, а при нагревании материала, наоборот, воздух охлаждается и его ф повышается. Поэтому при нагревании материала коэффициент теплообмена больше и процесс короче, чем при его охлаждении (не считая кондуктивного, а также испарительного охлаждения).

Расход тепла и его баланс на нагревание 1 кг влажной древесины складывается из расходов тепла на нагревание древесной массы, влаги, льда и на плавление льда. На  56 представлена диаграмма для быстрого и достаточно точного графического нахождения указанных составляющих расхода тепла.

На оси ординат указана влажность древесины (49); на оси абсцисс теплосодержание; нулевое его значение соответствует нулевой температуре (°С) (вертикаль ОНТ). Левее этой температуры теплосодержание будет отрицательным, но оно арифметически суммируется с положительной теплотой (аналогично расчету энтальпии на Id-диаграмме).

Отрезок АВ соответствует теплоте подогрева самой древесины и льда и теплоте, израсходованной на плавление льда, получившегося из гигроскопической жидкости от заданной начальной температуры (в точке А показано -40° С) до 0° С для 1 кг влажйой древесины. Отрезок ВС характеризует теплоту плавления льда, СЕ — теплоту нагревания влажной древесины от 0° С до требуемой температуры (например в точке Е до 60° С).

Линия УН предела гигроскопичности отклоняется от горизонтали вследствие увеличения значений этого (предела с понижением положительной температуры древесины. Правее линии КНТ вся влага в древесине будет жидкой, а в области левее КНХ — в виде льда. В древесине, характеризуемой тачкой А, содержится шЛ—льда и wк жидкости, а в точке В соответственно Ц'в—Юн льда и Wh жидкости. В области ниже УН К влага жидкая, связанная, а выше — влага свободная.

Кривые температур по толщине мерзлой нагреваемой воздухом бесконечной пластины изображены на  57. В период оттаивания температурные линии 1, 2 приобретают излом. Нагрев поверхностных слоев пластины можно рассматривать как процесс с внутренним отрицательным источником тепла. При этом в возрастающем по толщине оттаивающем слое ( 57, а, б) этот процесс близок к стационарному. Градиенты температур у поверхности пластины, передающей тепло внутрь, в начале нагревания и на протяжении всего процесса (кривые 1, 2, 3, 4 на  57, в) будут близки к градиентам температур в нагреваемых пластинах -без оттаивания льда ( 57, б). Аналогичными будут, следовательно, и плотности тепловых потоков (li28).

Продолжительность нагревания мерзлой древесины перед искусственной сушкой определяют, как и продолжительность нагревания незамерзшей древесины (134) при той же теплоотдаче. Дополнительное время на подвод тепла для плавления льда можно принять на основании изложенного пропорциональным требуемому на это количеству тепла qn, исходя из теплового баланса процесса.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ:  Теория, технология, техника и организация сушки древесины

 

Смотрите также:

 

Нагревание древесины. Общий процесс нагревания материала....

Продолжительность охлаждения больше продолжительности нагревания одного и того же материала, поскольку воздух при этом нагревается и осушается (т. е. понижается ср от более теплой древесины, что снижает коэффициент а). Наоборот, у поверхности нагреваемой доски...

 

Процесс нагрева и охлаждения воздуха

Нагревание древесины. Общий процесс нагревания материала....
Система охлаждения автомобиля. Двигатель. При нагреве охлаждающей жидкости до 70 ...

 

...древесины. Сушка и защита древесины. Нагревание и охлаждение...

§ 5. Отдельные циклы процесса сушки древесины. Нагревание и охлаждение воздуха.
Такой нагрев или охлаждение воздуха отобразится на Id-диаграмме по линии d=const, т. е. по вертикали; это одно из важнейших расчетных положений сушильной техники.

 

...процессы изменения состояния воздуха. Нагревание или охлаждение...

Аналогично изображаются процессы нагревания и охлаждения на р-диаграмме.
При сушке древесины с температурой выше 100°С физическая сущность процесса продвижения влаги изменяется. Наряду с потоком влаги...

 

Технические металлы и сплавы. Кривые охлаждения и нагревания железа

Кривые охлаждения и нагревания железа. Температура, при которой происходит переход металла из одного аллотропического вида в другой, называется критической.
Б. Физические и Механические Свойства древесины.

 

Физические свойства древесины. На свойства древесины большое...

Состояние древесины, в которой отсутствует капиллярная вода и содержится только гигроскопическая, называется точкой насыщения волокон.
Кривые охлаждения и нагревания железа. Структура.

 

СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ — целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы...

При нагревании они плавятся, превращаясь в пластическую массу, затвердевающую при охлаждении.
Такой процесс происходит при нагревании измельченной древесины и коры в период сушки и прессования при высокой температуре без доступа воздуха.