Исследование кинетики процесса сушки профильных заготовок из древесины

УДК

674.047

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2016.2.114

Аннотация

Сушка профильных заготовок из массивной древесины имеет ряд особенностей. В первую очередь – это переменное сечение по длине заготовки, что ставит ряд сложных задач по формированию штабелей или пакетов, выбору режимов, технологий и сушильного оборудования. В качестве экспериментального материала выбрана древесина бука. Процесс сушки является сложным тепломассообменным процессом, включающим теплообмен между поверхностью древесины и средой, тепло- и влагопроводность внутри материала и испарение влаги на его поверхности. Для изучения тепломассообмена необходимо знать распределение влаги по сечению материала. В основном принимают для исследований или расчетов, что влага внутри материала распределяется по параболической или косинусоидальной зависимости. Косинусоидальная зависимость описывается уравнением скорости сушки в виде баланса влаги, которая перемешается внутри материала и испаряется с его поверхности. Полученная физико-математическая модель является исходным положением для составления методики экспериментальных исследований кинетики процесса сушки. Экспериментально необходимо определять влажность центральных и поверхностных слоев древесины, изменение средней влажности во время сушки, линейные размеры заготовок, режимные параметры процесса сушки (температура среды и равновесная влажность древесины). Представлены формулы, по которым определены коэффициенты сушки, влагопроводности, влагоотдачи, массообменные критерии Нуссельта и Фурье. По экспериментальным данным построены кривые сушки, отражающие изменение влажности древесины во время сушки, и кривые скорости сушки, на основании которых определяют кинетические характеристики процесса. Найдено, что скорость сушки в ходе эксперимента уменьшается более чем в шесть раз. Полученные значения коэффициентов сушки и влагопроводности можно использовать в теоретических уравнениях для определения продолжительности процесса сушки. Обобщающими характеристиками кинетики процесса сушки являются безразмерные критерии Нуссельта (характеризирует соотношение коэффициентов влагоотдачи материала с характерным размером и влагопроводности) и Фурье (характеризирует интенсивность перемещения влаги внутри древесных сортиментов). 

Сведения об авторах

П.В. Билей, д-р техн. наук, проф.

Р.А. Рокунь, асп.

Национальный лесотехнический институт Украины, ул. Генерала Чупринки, д. 103,

г. Львов, Украина, 79057; е-mail: p.biley@ukr.net, R525@ukr.net

Ключевые слова

древесина, влажность, коэффициенты сушки, влагопроводность, влагоотдача, критерии, кинетика

Литература

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Билей П.В. Сушка древесины твердых лиственных пород. М.: Экология, 1992. 224 с.

2. Кейс В.М. Конвективный тепломасообмен: пер. с англ. М.: Энергия, 1972. 448 с.

3. Лыков А.В., Михайлов Ю.А. Теория тепло- и массопереноса. Л.: Госэнергоиздат, 1963. 535 с.

4. Лыков А.В. Тепломасообмен: справ. 2-е изд.; пераб. и доп. М.: Энергия, 1978. 480 с.

5. Сушка древесины: справ. Серия «Деревообработка» / Сост. С.Ж. Алюшин, В.Ю. Березовский, П.В. Билей, С.А. Бурышев, Н.В. Приходько, С.А. Стрелков. К.: ТМА «Тристан», 2004. 440 с.

6. Шубин Г.С. Теория тепловой обработки и расчет процессов сушки древесины. М.: Лесн. пром-сть, 1973. 248 с.

7. Чудинов Б.С. Вода в древесине. Новосибирск: Наука, 1984. 270 с.

8. Білей П.В. І.В. Петришак, І.А. Соколовський, Л.Я. Сорока. Тепломасообмінні процеси деревообробки деревини (Підручник). Львів. 2013. 376 с.

9. Brunner – Hildebrand. Die schnitholztrocknung (S. Auflag): Buchdruckwerkstatten. Hannover. Gm.bH, 1987. 322 s.

Ссылка на английскую версию:

Kinetics of Drying of Wood Profile Blanks

UDC 674.047

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2016.2.114

Kinetics of Drying of Wood Profile Blanks

P.V. Biley, Doctor of Engineering Sciences, Professor

R.A. Rokun', Postgraduate Student

National Institute of Forestry of Ukraine, General Chuprynka str., 103, Lviv, 79057, Ukraine; e-mail: p.biley@ukr.net, R525@ukr.net

The drying process of profile blanks of solid wood has a number of features. First of all it is a variable cross-section along the length of a blank, which poses a number of challenges to form the staples or packages, to select the modes, technologies and drying equipment. The beechwood is selected as an experimental material, which is often used for firewood. The drying process is a complex process of heat and mass transfer which includes the heat exchange between the wood surface and the medium, thermal conductivity and moisture conduction inside the material, evaporation of moisture on its surface. To study the heat and mass transfer it is necessary to know the distribution of moisture in the cross section of material. Basically, the nature of moisture distribution inside the material is considered for the research in the form of a parabolic or cosine dependence. The cosine dependence is described by the drying rate law in the form of moisture balance. Moisture evaporates from the material surface. The resulting physical and mathematical model is the starting position for the methodology of the kinetics experimental studies of drying process. The moisture content of the central and surface layers of wood, change in the average moisture content at the drying process, linear dimensions of blanks, operational parameters of the drying process (the environmental temperature and the equilibrium moisture content of wood) are determined experimentally. The paper presents formulas, determining the coefficients of drying, moisture conduction, moisture-yielding ability, mass exchange Nusselt and Fourier numbers. According to the experimental data the drying curves reflecting the change in the moisture content during the drying process and the drying rate curves, which help to determine the kinetic characteristics of the process, should be constructed. The drying rate during the test is reduced by more than six times. The ​​obtained values of drying and moisture coefficients can be used in the theoretical equations to determine the duration of the drying process. Kinetics general characteristics of drying process are dimensionless Nusselt and Fourier numbers.

Keywords: wood, moisture content, drying coefficient, moisture conduction, moisture-yielding ability, criteria, kinetics.

REFERENCES

1. Biley P.V. Sushka drevesiny tverdykh listvennykh porod [Wood Drying of Solid Hardwood]. Moscow, 1992. 224 p.

2. Kays W.M. Convective Heat and Mass Transfer. New York, 1966.

3. Lykov A.V., Mikhaylov Yu.A. Teoriya teplo- i massoperenosa [The Theory of Heat and Mass Transfer]. Leningrad, 1963. 535 p.

4. Lykov A.V. Teplomassoobmen [Heat and Mass Transfer]. Moscow, 1978. 480 p.

5. Alyushin S.Zh., Berezovskiy V.Yu., Biley P.V., Buryshev S.A., Prikhod'ko N.V., Strelkov S.A. Sushka drevesiny [Drying of Wood]. Kiev, 2004. 440 p.

6. Shubin G.S. Teoriya teplovoy obrabotki i raschet protsessov sushki drevesiny [Theory of Heat Treatment and Calculation Processes of Wood Drying]. Moscow, 1973.
248 p.

7. Chudinov B.S. Voda v drevesine [The Water in the Wood]. Novosibirsk, 1984.
270 p.

8. Bіley P.V., Petrishak І.V., Sokolovs'kiy І.A., Soroka L.Ya. Teplomassoobmіnnі protsesi derevoobrobki derevini (Pіdruchnik) [Heat and Mass Transfer Processes of Wood Processing]. Lvіv, 2013. 376 p.

9. Brunner-Hildebrand. Die Schnittholztrocknung. Hannover, 1987. 322 p.

Received on February 08, 2015