Розробка фізико-математичної моделі процесу нагрівання пиломатеріалів при нестаціонарному теплообміні. Процес ідентифікування закономірностей процесу пропарювання букових пиломатеріалів. Тривалість початкового нагрівання деревини в процесі обробки.
Аннотация к работе
Теплова обробка деревини використовується у багатьох виробництвах: лущеного і струганого шпону, у лісопиленні, процесах гнуття та пресування. У виробничих умовах, під час проведення процесу пропарювання практиками, не враховується багато факторів: особливостей будови деревини бука, її густини, теплових та механічних властивостей. розробити методику експериментальних досліджень динаміки процесу теплової обробки пиломатеріалів та визначення впливу теплової обробки на фізико-механічні властивості деревини бука; Ідентифіковано залежності зміни температури в центрі сортименту при заданих температурі середовища, товщині матеріалу та тривалості прогріву; отримано рівняння тривалості початкового прогріву в залежності від товщини та вологості деревини; рівняння зміни густини, статичної твердості, міцності при стисканні поперек волокон та кольору деревини бука в залежності від тривалості обробки, температури середовища та характеристики деревини (вологість, товщина). Розроблено режими і технологію пропарювання букових пиломатеріалів, які включають: режими пропарювання з метою стерилізації букових пиломатеріалів та заготовок; режими пропарювання букової деревини з метою зміни кольорової насиченості; режими пропарювання букових пиломатеріалів і заготовок для сушильних і пропарювальних камер з метою теплової стерилізації та вирівнювання кольору.У першому розділі викладено огляд літератури щодо будови та властивостей деревини бука і теплової обробки цієї породи деревини. Розглянуто вплив теплової обробки на фізико-механічні властивості та зовнішні ознаки деревини бука. Огляд досліджень пропарювання деревини бука виявив зміну її фізико-механічних показників: вологопровідності, проникливості, всихання, твердості, міцності, кольору та інше. У другому розділі розглянуто основні фізичні закономірності процесу пропарювання деревини бука, розроблена фізико-математична модель процесу теплової обробки деревини бука, в якій вологість вище точки насичення клітинних стінок і агрегатний стан її не змінюється. Тобто, за відомою функцією зміни температурного поля (рівняння 6, 9) отримано фізико-математичні моделі, за якими можна визначити температуру в будь-якій точці сортименту і в будь-який час процесу теплової обробки (рівняння 5, 7, 8, 9).Розроблені фізико-математичні моделі процесу нагрівання пиломатеріалів (одномірного тіла) та заготовок (двомірного тіла) для умов нестаціонарного теплообміну матеріалу з середовищем, які дозволяють визначити температуру в будь-якій точці деревини бука і в будь-який час її початкового прогріву (охолодження). На основі детального аналізу макроструктури, хімічного складу, фізичних властивостей (щільності, густини, вологості, питомої теплоємності, температуропровідності), впливу теплової обробки на фізико-механічні показники деревини бука розроблено методику експериментальних досліджень, яка поєднує класичні методи та математичне планування при дослідженні динаміки процесу теплової обробки пиломатеріалів та методів визначення впливу теплової обробки на вологопровідність, густину, всихання, зміну кольору та механічних показників деревини бука. Розроблена методика математичної обробки та аналізу результатів експериментальних досліджень, яка включає класичну статистичну обробку експериментальних даних, формалізований аналіз результатів повного факторного експерименту та отриманих рівнянь регресії, апроксимацію всіх отриманих залежностей емпіричними формулами: рівняння динаміки зміни температури в центрі сортименту при відповідній температурі середовища, товщині матеріалу та тривалості прогріву; рівняння тривалості початкового прогріву в залежності від товщини матеріалу та вологості деревини з побудовою номограми; рівняння зміни густини, статичної твердості (в торцевому, тангентальному та радіальному напрямках відносно волокон), міцності при стискуванні поперек волокон (в тангентальному та радіальному напрямках) в залежності від температури середовища і тривалості обробки; зміни забарвлення букової деревини в залежності від вологості, тривалості обробки та товщини матеріалу. Ідентифікація закономірностей процесу пропарювання букових пиломатеріалів включає апроксимацію отриманих емпіричних залежностей (вказаних у п.4 висновків), а також визначення тривалості всього циклу теплової обробки (розморожування, початковий прогрів матеріалу, пропарювання, охолодження), на базі яких розроблено інженерні методи розрахунку (технологічного і теплового) обладнання для пропарювання деревини бука. Економічна ефективність розробки режимів і технологій на основі ідентифікації закономірностей процесу пропарювання включає два аспекти: зменшення витрат теплової енергії в наступному процесі сушіння майже в два рази (у 1,96 рази) та зменшення витрат деревини (букових пиломатеріалів і заготовок) при зберіганні, яке складає 5...17%.
План
2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
1. Для пропарювання букових пиломатеріалів в нормативних документах відсутні рекомендації щодо режимів і технології, тривалості обробки та застосування обладнання. Все це приводить до зайвих втрат матеріалу, теплової енергії та якісних показників букових пиломатеріалів.
2. Розроблені фізико-математичні моделі процесу нагрівання пиломатеріалів (одномірного тіла) та заготовок (двомірного тіла) для умов нестаціонарного теплообміну матеріалу з середовищем, які дозволяють визначити температуру в будь-якій точці деревини бука і в будь-який час її початкового прогріву (охолодження).
3. На основі детального аналізу макроструктури, хімічного складу, фізичних властивостей (щільності, густини, вологості, питомої теплоємності, температуропровідності), впливу теплової обробки на фізико-механічні показники деревини бука розроблено методику експериментальних досліджень, яка поєднує класичні методи та математичне планування при дослідженні динаміки процесу теплової обробки пиломатеріалів та методів визначення впливу теплової обробки на вологопровідність, густину, всихання, зміну кольору та механічних показників деревини бука.
4. Розроблена методика математичної обробки та аналізу результатів експериментальних досліджень, яка включає класичну статистичну обробку експериментальних даних, формалізований аналіз результатів повного факторного експерименту та отриманих рівнянь регресії, апроксимацію всіх отриманих залежностей емпіричними формулами: рівняння динаміки зміни температури в центрі сортименту при відповідній температурі середовища, товщині матеріалу та тривалості прогріву; рівняння тривалості початкового прогріву в залежності від товщини матеріалу та вологості деревини з побудовою номограми; рівняння зміни густини, статичної твердості (в торцевому, тангентальному та радіальному напрямках відносно волокон), міцності при стискуванні поперек волокон (в тангентальному та радіальному напрямках) в залежності від температури середовища і тривалості обробки; зміни забарвлення букової деревини в залежності від вологості, тривалості обробки та товщини матеріалу. Виявлено, що пропарена деревина бука має в 1,2...1,4 більшу вологопровідність, ніж непропарена, а швидкість сушіння в деякі інтервали є в 2,4...3,6 рази більшою.
5. Ідентифікація закономірностей процесу пропарювання букових пиломатеріалів включає апроксимацію отриманих емпіричних залежностей (вказаних у п.4 висновків), а також визначення тривалості всього циклу теплової обробки (розморожування, початковий прогрів матеріалу, пропарювання, охолодження), на базі яких розроблено інженерні методи розрахунку (технологічного і теплового) обладнання для пропарювання деревини бука. Ідентифікація закономірностей підтверджена результатами експериментальних досліджень.
6. Розроблені режими і технологія пропарювання букових пиломатеріалів, а саме: режими пропарювання з метою стерилізації букових пиломатеріалів і заготовок; режими пропарювання букових пиломатеріалів з метою зміни кольорової насиченості деревини; режими пропарювання букових пиломатеріалів (заготовок) для сушильних та пропарювальних камер з метою їх теплової стерилізації та вирівнювання кольору.
7. Економічна ефективність розробки режимів і технологій на основі ідентифікації закономірностей процесу пропарювання включає два аспекти: зменшення витрат теплової енергії в наступному процесі сушіння майже в два рази (у 1,96 рази) та зменшення витрат деревини (букових пиломатеріалів і заготовок) при зберіганні, яке складає 5...17%. Річний економічний ефект від впровадження режимів і технологій пропарювання букових пиломатеріалів (заготовок) складає ESS=26,95...43,90 грн/м3.
ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ
1. Кравець І.П. Визначення температури деревини при її пропарюванні // Науковий вісник: Збірн. наук.-техн. праць. Вип 9.5.-Львів: УКРДЛТУ, 1999. - с.127-128.
2. Білей П.В., Зарева Ю.І., Басюк І.М., Кравець І.П., Кулешник Я.Ф. Створення енергоощадної технології сушіння пиломатеріалів // Науковий вісник: Збірн. наук.-техн. праць. Вип. 9.11 - Львів: УКРДЛТУ, 1999. - с.189-191.
3. Кравець І.П. Інженерні методи розрахунку обладнання для пропарювання букових пиломатеріалів // Науковий вісник: Збірн. наук.-техн. праць. Вип. 9.12. -Львів: УКРДЛТУ, 1999. - с. 287-291.
4. Билей П., Басюк И., Кравец И. Физические основы сушки древесины прерывистыми режимами // 13-ая Международная конференция факультета технологии древесины. - Варшава, 1999. - с. 281-286.
5. Білей П.В., Басюк І.М., Кравець І.П. Підвищення якості сушіння пиломатеріалів як засіб збільшення обємного виходу деревини //Матеріали 50 науково-технічної конференції УКРДЛТУ. - Львів, 1998. - с. 8-9.