Науково-технічні основи конвективно-радіаційного сушіння деревини

, (19)

а в другому періоді сушіння

. (20)

Що стосується критичного вологовмісту, то питання його визначення в процесі сушіння, вимагало додаткового розв'язання ряду задач. Графічна побудова залежностей для різних режимів конвективного і конвективно-радіаційного сушіння дозволила отримати вираз для визначення критичного вологовмісту в процесі сушіння

, (21)

який дозволяє прогнозувати інтенсивність процесу сушіння.

Аналіз результатів досліджень коефіцієнта теплообміну в процесі комбінованого та конвективного сушіння дозволив встановити взаємозв'язок між швидкістю сушіння й критерієм Нусельта, тобто

, (22)

де критерій Нусельта в процесі конвективно-радіаційного сушіння описується рівнянням

, (23)

де - коефіцієнт конвективного теплообміну.

Для спрощення інженерних розрахунків побудована номограма і .

Щодо виявлення впливу різних режимних параметрів на тривалість сушіння в сопловій стрічковій конвективно-радіаційній сушарці, то були отримані криві сушіння та криві швидкості сушіння, які дозволили визначити коефіцієнти тепло-і вологообміну.

На основі кінетичних залежностей були отримані рівняння визначення швидкості сушіння шпону різних порід деревини

(24)

і коефіцієнти сушіння в другому періоді

. (25)

Також побудовані номограми для визначення N і К (рис. 2 і 3).

В результаті експериментальних досліджень сушіння шпону із деревини бука і дуба були побудовані номограми для визначення часу сушіння при заданих N і К (рис.4).

Розроблено методи аналізу тепломасообмінних процесів сушіння із урахуванням коефіцієнтів тепломасообміну, зміни границі фазових переходів і форми та енергії зв'язку вологи з матеріалом (об'єктом сушіння).

Шостий розділ дисертації присвячено розгляду методів синтезу та реалізації результатів досліджень процесу сушіння на основі аналогій між процесами перенесення тепла й маси.

Важливе значення для інженерних методів визначення тривалості сушіння можуть мати графічні методи розрахунку тривалості сушіння, хоча на практиці використовують приблизні аналітичні вирази. Слід відзначити, що ефективність графічних критеріальних розв'язків є особливо великою для початкової стадії процесу сушіння до моменту настання регулярного режиму сушіння шпону

Наявність першого періоду сушіння встановлюється за величиною початкового та поверхневого критичного вологовмісту, тобто

. (26)

У разі, коли UкрUп , то перший період сушіння відсутній. Якщо UкрUп, то тривалість постійної швидкості сушіння визначається

. (27)

Тривалість сушіння в періоді заповільнюючої швидкості сушіння знаходиться як

, (28)

де коефіцієнт вологообміну, віднесений до різниці вологовмістів (UП-UР). Розраховується цей коефіцієнт з рівняння

. (29)

Наші дослідження показали, що в періоді падаючої швидкості в процесі конвективно-радіаційного сушіння величина коефіцієнта прямо пропорційна швидкості сушіння в першому періоді N та характерному розміру R, тобто

. (30)

Розрахунок сонячної сушильної установки зводиться до визначення основних конструктивних та експлуатаційних характеристик сушарки, а також розв'язання таких основних задач: вибору матеріалу для геліотермічного колектора (акумулятора сонячної енергії), підбору складів солей-кристалогідратів для забезпечення роботи сушильної установки в нічний час або в похмуру погоду та розробки принципової схеми конструкції самої геліосушарки.

На основі аналізу оптичних властивостей матеріалів, які використовуються для виготовлення основних теплоконцентрувальних та теплоакумулятивних елементів та властивостей матеріалів, що входять в склад конструктивних елементів сушарки нами розроблено раціональні конструкції геліосушильних установок для деревини (рис. 5).

У процесі конвективно-радіаційного сушіння деревини, де значна кількість теплової енергії передається від випромінювача (генератора) та екранних поверхонь об'єкту сушіння шляхом випромінювання, надійність розрахунку й оптимальність конструкцій сушильних установок визначаються, в першу чергу, фізичним обґрунтуванням розрахунку теплового випромінювання. Враховуючи, що випромінювальна здатність деревини безпосередньо зв'язана із терморадіаційними характеристиками, а закони випромінювання отримані для стану термодинамічної рівноваги, то з цієї точки зору сушильну камеру із огородженнями, які не пропускають теплові потоки, слід розглядати як замкнуту ізольовану систему, в якій знаходяться випромінюючі тіла. Це означає, що всі характеристики об'єкта сушіння, екранів або огороджень камери, оточуючого середовища повинні бути осередненими стосовно спектру застосованого випромінювача. Для інженерних розрахунків використовують, як правило, інтегральні терморадіаційні характеристики, які усереднені по 90%-му спектральному діапазоні енергії випромінювання, що дозволяє забезпечити достатню точність і одночасно скоротити трудомісткість розрахунків.

У зв'язку з цим, був проведений розрахунок густини випромінювання деревини на базі ЕОМ для різних спектральних діапазонів довжин хвиль, в результаті яких була встановлена залежність потужності конвективного та променевого потоку від температури.

Розглянуто основні принципи конструювання та розрахунку сонячних сушильних камер.

Крім того, наведена методика розрахунку надходжень від сонячного випромінювання, яка дозволяє визначити густину опромінення, конструкцію та розташування геліотермічних колекторів, габаритні розміри сушильної установки і т.п. Підібрані нами солі-кристалогідрати регламентують теплову потужність акумулюючої сонячної енергії і дозволяють спрогнозувати температурні поля в сушильній камері.

Аналіз власних експериментальних досліджень поляризаційних характеристик деревини, їх узагальнення та встановлення важливих, з практичної точки зору, особливостей та закономірностей їх зміни дозволили нам розробити оптичний метод і пристрій для контролю напружено-деформівного стану деревини в процесі сушіння.

Синтезовано модель і розроблено установку для прогнозування анізотропних поляризаційних характеристик (модулів зсуву екстремальних значень паралельної складової електричного вектора лазерного випромінювання при різних значеннях вологості). Показано, що для змінних значень вологості криві, незалежно від породи, які відображають цю залежність, мали свої екстремальні значення кута Брюстера. Встановлено, що показник заломлення випромінювання деревини коливається в межах 1,20…1,52 для ближньої інфрачервоної області спектра.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ І РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

1. На даний час відсутній системний підхід до проблеми розроблення та практичної реалізації науково-обгрунтованих принципів, універсальних та надійних методів дослідження й взаємозв'язаних між собою кінетичних, динамічних та інших характеристик процесів внутрішнього і зовнішнього тепломасообміну, які відіграють важливу роль у вдосконаленні існуючих технологій та розробленні раціональних конструкцій сушильних камер. Обмеженість таких досліджень є одним із основних стримувальних факторів для раціонального вибору, обгрунтування та створення енергоощадних сушарок і технологічних режимів сушіння.

2. Проведено аналіз кінетики процесу сушіння і температурно-вологісних полів у процесах конвективно-радіаційного сушіння деревини, а також конструкцій геліосушарок.

3. Вперше, на основі проведення комплексних досліджень процесів конвективно-радіаційного сушіння за схемою: „джерело (генератор) теплової енергії - проміжкові середовище - об'єкт сушіння”, розв'язано науково-технічну проблему ресурсозбереження, яка полягає у створенні енергоощадних й раціональних конструкцій сонячних сушильних установок, розробці теоретичних засад конвективно-радіаційного сушіння деревини, дослідженні механізму перенесення тепла й маси.

4. На основі дослідження процесів конвективно-радіаційного сушіння, вивчення розподілення температурно-вологісних полів в процесі конвективно-радіаційного сушіння обґрунтовано та вперше запропоновано для діагностики основних параметрів і прогнозування інтенсивності протікання тепломасообмінних процесів методи спектральної оптики. Показано, що використовуючи дані про спектрофометричні (коефіцієнти відбивання, пропускання й поглинання деревиною променів) та спектроскопічні (показники поглинання й розсіювання випромінювання) характеристики об'єкта сушіння, залежно від поставлених технологічних задач (прогрівання або сушіння матеріалу), необхідно регулювати розподіленням концентрації падаючої променевої енергії. Зокрема, з метою прогрівання деревини перед її склеюванням або гнуттям слід використовувати „світлі” генератори випромінювання; для інтенсифікації процесів сушіння тонких пило- і листових матеріалів (з метою зміни напрямку дії градієнта температури всередині матеріалу) також слід використовувати „світлі” генератори, максимум випромінювання яких припадає на діапазон хвиль 1,0...3,0 мкм. Для сушіння деревини великих товщин (більше 25 мм) слід використовувати „темні” генератори випромінювання (л>3 мкм).

5. Отримано математичні моделі, з допомогою яких можна розрахувати величину показника поглинання в умовах дифузного опромінення деревини і регламентувати глибину проникнення потоку променів в поверхневий шар, в якому проходять фазові перетворення.

6. Запропоновано системи диференційних рівнянь тепло- й вологоперенесення в процесі чисто конвективного та конвективно-радіаційного сушіння для параболоподібного та рівномірного початкового розподілення температури й вологовмісту, що дозволило отримати відповідні залежності для визначення величини фазового переходу, волого вмісту на поверхні та в центрі матеріалу, перепаду волого вмісту між поверхневими й центральними шарами, а також критичного волого вмісту. Отримано математичні моделі процесу конвективно-радіаційного сушіння деревини і розроблено універсальний критеріальний (теоретичний) і інженерний (практичний) методи розрахунку тривалості сушіння тонких пиломатеріалів.

7. Показано, що показники поглинання (mл) і розсіювання (ул) випромінювання деревиною, як об'єктом опромінювання, регламентують швидкість поширення електромагнітного випромінювання і не залежать від просторового розподілення густини потоку інфрачервоних променів, а визначаються оптичними властивостями структурних складових багатокомпонентного матеріалу, порівняних із довжиною хвилі випромінювання. Це дозволило розробити інженерний (кінетичний) метод розрахунку перенесення тепла в деревині, як в багатошаровому, неоднорідному та анізотропному матеріалі зі селективними (вибірковими), постійними або змінними властивостями в промислових конвективно-радіаційних і сонячних сушарках.

8. Деревина за своїми оптичними властивостями відноситься до сильнорозсіювальних випромінювання матеріалів в області ІЧ-спектра 0,76…15 мкм: в ближній області інфрачервоного спектра (0,76...2,5 мкм) деревина сильно розсіює і слабо поглинає випромінювання; в середній області (3…6,0 мкм) для деревини характерне середнє розсіювання і середнє поглинання; в далекій області спектра (6…15 мкм і вище) деревина характерна слабким розсіюванням і дуже сильним поглинанням. Це дозволило отримати залежності розподілення внутрішніх джерел теплоти в багатошаровій системі із селективно поглинаючих і розсіювальних “сухих” та “вологих” областей, а також розподілення джерел тепла, зосереджених на внутрішніх границях та в зонах фазових перетворень.

9. Розроблено новий тип сушильного обладнання та технологію сушіння деревини, які базуються на використанні екологічно чистого й відновлюваного джерела теплової енергії (сонячного випромінювання). Показано, що важливими чинниками оцінки ефективності геліосушарки є: спектральний склад поглиненого випромінювання (визначає швидкість нагрівання та сушіння деревини); організація поля випромінювання за рахунок рефлекторів; керування оптичними властивостями екранів, стін та генераторів випромінювання (зміна умов теплообміну); геометричні параметри сушарки.

10.Отримано рівняння, за допомогою яких можна розрахувати коефіцієнти тепловологообміну і ступеня чорноти сушильної системи установки.

11. У результаті розв'язання внутрішньої (включає в себе перенесення тепла і маси всередині деревини) та зовнішньої (перенесення тепла й вологи на межі середовище - тверде тіло) задач із врахуванням закономірностей зовнішнього тепло- і вологообміну обґрунтовано методи дослідження й визначення коефіцієнтів тепло- та вологообміну, критичного вологовмісту та потенціалу вологопровідності в процесі конвективно-радіаційного сушіння. Отримано математичні моделі визначення цих коефіцієнтів. Дані моделі розширюють теоретичні положення тепломасоперенесення в процесі конвективно-радіаційного сушіння деревини.

12. Для листових матеріалів (лущеного шпону) досліджено вплив режимів на криві сушіння, криві швидкості сушіння, критичну вологість, коефіцієнти тепло- і волого обміну. На їх основі побудовані номограми для визначення швидкості сушіння в першому періоді та коефіцієнта сушіння в другому періоді сушіння, що дозволяє визначити тривалість сушіння деревини різних порід в сопловій конвективно-радіаційній сушарці. Крім того, розроблено режими сушіння струганого шпону в даній сушарці, які наведені в додатках до роботи.

13. На основі аналізу оптичних властивостей деревини і узагальнення їх з спектрами випромінювання різних матеріалів розроблено конструкції колекторів акумуляторів сонячної енергії і на їх основі розроблено сонячні сушильні установки (61462А №200302114, 61463А №2003021115), які дозволяють зменшити теплоенерговитрати технічних джерел тепла (на 25…40 %) за рахунок використання безкоштовної сонячної енергії і поєднання геліосушіння в комбінації з природним атмосферним та традиційним конвективно-камерним сушінням.

14. Запропоновано методику інженерного розрахунку геліосушарки з використанням прямого сонячного випромінювання і теплових надходжень від трубних випромінювачів. Розроблено ефективні теплоакумулюючі склади солей-кристалогідратів та рекомендації щодо їх успішного використання в сушильній камері для забезпечення її роботи в нічний час та в умовах часткової хмурості неба. Вибір таких теплоакумулюючих субстанцій включав в себе дослідження ентальпії розчинення і енергії сольватації. Встановлено, що найбільш перспективними щодо використання як акумуляторів сонячної радіації в режимі температур 30…50 єС є суміші солей гідрофосфатів натрію.

15. Методики розрахунків тривалості сушіння і технічних характеристик сушильних установок використано для проектування обладнання для теплової обробки і сушіння деревини. Основні результати досліджень використовуються також при підготовці і викладанні циклу дисциплін: “Теплові процеси деревообробки”, “Основи аеродинаміки і тепломасообміну”, “Технологія сушіння та захисту деревини”.

16. На основі результатів теоретичних та експериментальних досліджень розроблено конструкцію вібраційно-газової установки для сушіння тонких листових матеріалів (4742 UА №2004021021).

17. На основі аналізу результатів досліджень поляризаційних властивостей деревини розроблено: спосіб неруйнівного контролю напружено-деформівного стану деревини та деревинних листових матеріалів в процесі їх сушіння (23817А № 97031299) і пристрій для контролю напружено-деформівного стану деревини (28460А №97031298).

18. Результати дисертаційної роботи пройшли належну теоретичну та практичну апробацію та впроваджені у промислове виробництво за такими основними напрямами: 1) розробок щодо модернізації сушильних камер та інтенсифікації технологічних процесів сушіння деревини (ДЛГО „Волиньліс”); 2) розроблених режимів сушіння дубових пиломатеріалів (Бродівське меблеве підприємство „Явір” УТОГ; 3) розроблених режимів сушіння струганого шпону листяних порід деревини в конвективно-радіаційній сопловій стрічковій сушарці (ВАТ „Брюховецький ДОК”).

Позначення: и, ц - кут падіння і азимутальний кут відповідно; mл, ул - показники поглинання і розсіювання випромінювання деревинною речовиною; Rдл?, Rдлд, Rнл?, Rнлд - коефіцієнти відбивання оптично товстого шару і шару товщиною д деревини при дифузному і направленому опроміненні; а, b - постійні коефіцієнти; - потенціал вологопровідності; дt - термоградієнтний коефіцієнт; дс - коефіцієнт молярного перенесення; иm, t, p - градієнти вологовмісту, температури, тиску відповідно; е - коефіцієнт (критерій) фазового перетворення; r - питома теплота пароутворення (фазового переходу); - інтенсивність випаровування вологи з одиниці поверхні матеріалу; сб - базова густина; R - визначальний розмір; dU/dф - швидкість сушіння; N - швидкість сушіння в першому періоді; бх - коефіцієнт вологообміну; лс - коефіцієнт теплопровідності середовища; Тг, Тс - температура генератора випромінювання і агента сушіння; с0 - густина деревини в абсолютно сухому стані; у0 - постійна Стефана-Больцмана; Rл, Dл, Aл - спектральні коефіцієнти відбивання, пропускання і поглинання випромінювання деревиною відповідно; - середня температура і температура агента сушіння; uц - волого вміст в центрі матеріалу; - коефіцієнт теплопровідності вологої деревини; бк - коефіцієнт теплообміну; qвипр - інтенсивність випромінювання.

РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ОПУБЛІКОВАНО У ТАКИХ ОСНОВНИХ ПРАЦЯХ:

Діагностика властивостей деревини в технологічних процесах деревообробки: Наук. Видання / Озарків І.М., Басалига Є.В., Кулешник Я.Ф. та ін. - Львів: Вид. дім “Панорама”, 2003. - 228 с.

Озарків І.М. Використання методів ІЧ-спектроскопії для діагностики властивостей деревини в тепломасообмінних процесах // Науковий вісник: Проблеми деревообробки на рубежі XXI століття.- Збірник наук.-техн. праць - Львів: УкрДЛТУ, 1999. - Випуск 9.5. - С.48-50.

Озаркив И.М. Определение коэффициента теплообмена в процессе комбинированной (терморадиационно-конвективной) сушки древесины // Технология и оборудование деревообрабатывающих производств: Межвузовский сборник научных трудов.- Санкт-Петербург, 2002. - С.142-147.

Озарків І.М. Узагальнений критеріальний метод розрахунку часу конвективного сушіння тонких пило-і листових матеріалів // Науковий вісник: Зб. наук.- техн. праць.- Львів: УкрДЛТУ, 2002.- Вип.12.5. - С.121-126.

Озарків І.М. Особливості внутрішнього тепло і вологоперенесення в процесі конвективно-радіаційного сушіння деревини // Науковий вісник: Зб. наук.-техн. праць.- Львів: УкрДЛТУ, 2002.- Вип. 12.8. - С.151-154.

Озарків І.М. Дослідження середнього коефіцієнта вологообміну в процесі сушіння деревини // Науковий вісник: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2003.- Вип. 13.2.-С. 110-114.

Озарків І.М. Дослідження тепломасообмінних характеристик процесів сушіння шпону в сопловій конвективно-радіаційній стрічковій сушарці // Лісове господарство, лісова, паперова і деревообробна промисловість: Міжвідомчий наук.-техн. збірник. - Львів: УкрДЛТУ, 2003. - Вип. 28. - С. 97-100.

Озарків І.М. Основні рівняння перенесення тепла і маси в процесах дослідження конвективно-радіаційного сушіння // Науковий вісник: Зб. наук.-техн. праць. -Львів: УкрДЛТУ, 2003. - Вип 13.4. - С.101-116.

Озарків І.М. Розрахунок ступеня чорноти об'єктів опромінення в процесі конвективно-радіаційного сушіння // Лісове господарство, лісова, паперова і деревообробна промисловість: Міжвідомчий наук.-техн. збірник. - Львів: УкрДЛТУ, 2004. - Вип. 29. - С. 160-164.

Озарків І.М., Озарків С.І. Вплив будови деревини листяних порід на її світлорозсіювальні властивості при ІЧ-опроміненні // Науковий вісник: Збірник наук.-техн. праць. - Львів УкрДЛТУ, 1994. - Вип.2. - С.69-73.

Озарків І.М., Кобринович М.С. Особливості зовнішнього теплообміну в процесах конвективного сушіння деревини // Науковий вісник: Зб. наук.-техн. праць. -Львів: УкрДЛТУ, 2004. - Вип 14.7. - С.109-116.

Озарків І.М., Соколовський І.А. Розрахунок температури поверхні деревини в процесах комбінованого сушіння // Науковий вісник: Збірник наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 1999.- Вип.9.13. - С.9-14.

Озарків І.М., Кобринович М.С. Термодинамічні характеристики деревини у процесі сушіння // Науковий вісник: Зб. наук.-техн. праць. -Львів: УкрДЛТУ, 2003. - Вип 13.1. - С.106-112.

Озарків І.М., Олійник В.В. Розробка акумуляторів сонячної енергії на основі теплоакумулюючих хімічних складів для геліосушарок для деревини // Науковий вісник: Зб. наук.-техн. праць. -Львів: УкрДЛТУ, 1999. - Вип 9.5. - С.98-101.

Озарків І.М., Копинець З.П. Роль показника заломлення середовища в процесах променевого теплообміну // Світ меблів і деревини: Спеціалізований науково-виробничий журнал. №2. 2005р. - С. 36-39.

Озарків І.М., Кобринович М.С., Копинець З.П. Шляхи підвищення ефективності геліосушарок // Світ меблів і деревини. Спеціалізований науково-виробничий журнал. №1. 2005р. - С. 36-37.

Гірник М.Л., Озарків І.М., Гербей В.М. Розрахунок температури опроміненого шару деревини під час радіаційно-конвективного сушіння // Лісове господарство, лісова, паперова. і деревообробна. промисловість: Респ. міжвідомч. наук.-техн.збірн., -Вип.23. - Львів:ЛЛТІ.- 1992. - С.78-85.

Озарків І.М., Білей П.В., Крамар В.Д. Використання матричних методів для розрахунку променевого теплообміну // Науковий вісник: Збірник наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2001.-Вип.11.2. - С.69-72.

Озаркив И.М., Билей П.В., Басалыга Е.В. Применение ресурсосберегающей технологии для камерной сушки древесины в условиях Украины // Сб. науч. трудов. - Брянск: БГИТА, 2001.-Вып.4. - С.24-25.

Озарків І.М., Басалига Є.В., Лелюк Д.І. Визначення критичного вологовмісту деревини в першому періоді сушіння // Науковий вісник: 3бірник наук.- техн.праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2000.-Випуск 10.1. - С. 226-229.

Озарків І.М., Басалига Є.В., Лелюк Д.І. Визначення потенціалу вологопровідності при конвективному сушінні // Науковий вісник: Збірник наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2000.- Вип.10.2. - С.147-150.

Bekhta P., Kozakiewicz P., Ozarkiv I. Determination on the potential of moisture conductivity during wood drying // Ann. Warsaw Agricult. Univ.-SGGW, For. And Wood Technol. No 51, 2001. - p.7-11.

Патенти на винаходи

Пат. №23817А Україна, МКИ G01 N21/00. Спосіб неруйнівного контролю напружено-деформівного стану деревини та деревинних листових матеріалів при сушінні / Озарків І.М., Соколовський Я.І., Бехта П.А., Озарків С.І., Поберейко Б.П. - №97031299; Заявл.21.03.97; Опубл.16.06.98.

Пат. №28460А Україна, МКИ G01N21/00. Пристрій для контролю напружено-деформівного стану деревини та деревинних листових матеріалів в процесі сушіння / Озарків І.М., Бехта П.А., Соколовський Я.І., Озарків С.І., Філінюк Р.В. - №97031298; Заявл.21.03.97; Опубл.16.10.2000.

Пат. №52954 Україна, МКН F26В5/16. Адсорбційний тепловий акумулятор. Мацьків А.І., Олійник В.В., Озарків І.М., Білей П.В. -№2001129007; Заяв. 25.12.2001; Опубл. 15.01.2003.

Декл. пат. №61462А Україна, МПК 7F26В19/00. Геліосушарка для пиломатеріалів. /Озарків І.М., Білей П.В., Озарків С.І., Гуменюк Ж.Я. -№200302114; Заяв. 7.02.2003; Затв. 20.08.2003; Опубл. 17.11.2003.

Декл. пат. №61463А Україна, МПК 7F26В3/28, 7F26В9/06. Сонячна сушильна камера. / Озарків І.М., Білей П.В., Озарків С.І., Гуменюк Ж.Я. - №200302115; Заяв. 7.02.2003; Затв. 15.08.2003; Опубл. 17.11.2003.

Деклар. патент на кор. модель 4742 Україна, 7F26В3/00. Вібраційно-газова установка для сушіння тонких листових матеріалів / Озарків І.М., Білей П.В., Озарків С.І., Копинець З.П., Ацбергер Й.Л. - №2004021021; Заяв. 12.02.2004; Затв. 15.02.2005; Опубл. 15.02.2005. Бюл. №2.

Статті, тези і матеріали доповідей

Озаркив И.М., Гербей В.М., Гуминецкий С.Г. Оценка влажности древесины с помощью лазерных комплексов // Тез докл. XVII науч. техн. конф. “Научно-технический прогресс в лесной и деревообрабативающей промышлености” - К.: ОНТП УкрНИИМОД, 1989. - С.109.

Озаркив И.М., Гуминецкий С.Г., Житарюк В.Г. Метод отражательной ИК-спектроскопии для количественной оценки содержания влаги в древесине // Тез. докл. всесоюз. науч. техн. конф. “Совершенствование сушильной техники и технологии и кооперация в производстве оборудования для сушки древесины”. - Архангельськ: ЦНИИМОД, 1990. - С.108-109.

Озаркив И.М., Билей П.В., Гербей В.М. Поляризационные свойства древесины // Симпозиум Координационного совета по соврем. Проблемам древесиноведения “Строение, свойства и качество древесины”. - М.: МЛТИ, 1990. - С. 168-171.

Озарків І.М. Експрес-метод контролю вологості деревини з допомогою лазера // Тези. доп. Республ. наук.-техн. конф. 5-7 лютого 1991.- К: “Знання”, 1991.- С.51.

Озаркив И.М., Кныш В.А., Гродзик В.С. Прогнозирование оптических свойств древесины в процессах тепломассообмена // Тез. докл. XVIII науч.-техн. конф. „Научно-технический прогресс в лесной и деревообрабатывающей промышленности”. - К. : УкрНПДО, 1991. - С.67-68.

Озаркив И.М., Билей П.В., Сорока Л.Я. Прогнозирование процессов тепломассообмена на основании оптических свойств древесины при ее сушке // Тез. докл. XVIII науч.-техн. конф. „Совершенствование технологии и оборудования лесопильно-деревообрабатывающих производств”. - Архангельск : ЦНИИМОД, 1992. - С.72-73.

Озарків І.М. Використання сонячного випромінювання, як нетрадиційного джерела енергії, в камерному сушінні деревини // Доповіді 2-ої міжнародної наук.-практ. конф. “Управління енерговикористанням” - Львів, 1997.- С.140-141.

Holubets V., Ozarkiv I. Determination of critical Moisture content of timber in the first period of convective drying // XIV Konferencja Naykowa „Drewno-material wszechczasуw”, Wydzialu Technologiї Drewna SGGW, Warszawa.-2000.-P.101-106.

Озарків І.М. Використання спектрофотометричних методів для оцінки кольору деревини, просоченої барвниками // Матеріали 50-ої наук.-техн. конф. “Проблеми та перспективи розвитку технології деревообробки”. - Львів: УкрДЛТУ, 1998. - С.67-68.

Озарків І.М., Сорока Л.Я., Грицюк Ю.І. Основи аеродинаміки і тепломасообміну: Навч. посібник.- К.: ІЗМН, 1997. -280 с.

АНОТАЦІЯ

Озарків І. М. Науково-технічні основи конвективно-радіаційного сушіння деревини. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.07 - машини і процеси лісівничого комплексу. - Національний лісотехнічний університет України, Львів, 2006.

Розроблено науково-технічні основи діагностики і прогнозування тепломасообмінних процесів зі змінними потенціалами тепломасоперенесення. На основі синтезу основних законів незворотних процесів розроблено прикладні методи досліджень тепломасообмінних характеристик процесів конвективно-радіаційного сушіння масивної деревини і плоских деревинних листових матеріалів.

Вперше обґрунтовані наукові положення , висновки і рекомендації та розроблено основи спектральної оптичної діагностики тепломасообмінних процесів, виконано аналіз і синтез математичної моделі світлорозсіювального матеріалу та проведено моделювання стану поляризації випромінювання на основі матриць перетворення з метою дальшого використання при розробці неруйнівних методів і пристроїв для контролю напружено-деформівного стану деревини. Запропоновано узагальнений критеріальний метод розрахунку часу сушіння тонких пиломатеріалів і плоских листових матеріалів. На основі виконаних досліджень: запропоновано інженерні методи розрахунку основних елементів і розроблено конструкції сонячних сушильних камер, які захищені авторськими патентами; підібрано склади солей-кристалогідратів з метою розв'язання проблеми використання нетрадиційних екологічно чистих джерел теплової енергії для сушіння пиломатеріалів. Створена методика розрахунку кінетичних параметрів променевого теплообміну, температури поверхні матеріалу та ступеня чорноти в процесі комбінованого сушіння. Розроблено і науково обґрунтовано рекомендації щодо прогнозування тепломасообмінних процесів, вдосконалення технології і обладнання для сушіння.

Ключові слова: науково-технічні основи, температурно-вологісні поля, конвективно-радіаційне сушіння, оптичні і терморадіаційні характеристики, оптична діагностика, матриці перетворення, теплоакумулюючі склади, геліосушіння, тепломасоперенесення.

SUMMARY

Ozarkiv I.M. Scientific and technical principles of convective-radiation drying of timber. - Manuscript.

Doctor of Technical Sciences Thesis, speciality 05.05.07 - machines and processes of the forestry complex. - National University Forestry and Wood Technology of Ukraine. Lviv, 2006.

Scientific-techological principles of diagnosis and predicition of heat-mass exchange processes with changeable potentials of heat-mass tranfer have been worked out. On the basis of the synthesis of the main laws of irreversible processes, applied methods of study of heat-mass exchange characteristics of processes of convective-radiation drying of solid wood and flat wooden sheet materials have been developed.

For the first time, scientific aspects, conclusions, and recommendations have been substantiated, fundamentals of spectrum optical diagnosis of heat-mass exchange processes have been worked out, analysis and synthesis of a mathematical model of light-diffusing material have been fulfilled, and simulation of the radiation polarization state on the basis of transformation matrixes has been carried out in order to further use it during development of methods and mechanisms for the stressed-strained state check of wood. A generalized criteria method of computation of thin lumber and flat sheet materials drying duration has been proposed. On the basis of the studies, engineering methods of calculation of the major elements have been proposed and designes of solar drying chambers, defended by authors' patents, have been worked out, in order to solve problems of use of non-traditional ecologically safe sources of thermal energy for lumber drying compositions of salts-crystallohydrates have been selected. Methods of calculation of kinetic parameters of radiant heat exchange, material surface temperature, and degree of blackness in the process of combined drying have been developed. Recommendations on the forecasting heat-mass exchange processes, improvement of technology and equipment for drying have been worked out and scientifically substantiated.

Key words: temperature-moisture fields, convective-radiation drying, optical and thermoradiational characteristics, optical diagnosis, transformation matrix, heat accumulating compositions, heliodrying, heat-mass transfer.

АННОТАЦИЯ

Озаркив И. М. Научно-технические основы конвективно-радиационной сушки дре-весины. -Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.05.07 - машины и процессы лесного комплекса. Национальный лесотехнический університет Украины, Львов, 2006.

Разработаны научно-технические основы диагностики и прогнозирования тепломассообменных процессов со сменными потенциалами тепломассопереноса. На основания синтеза основных законов необратимых процессов разработаны прикладные методы исследований тепломасообменных характеристик процессов конвективно-радиационной сушки массивной древесины и плоских древесных листовых материалов.

Впервые обоснованы научные положения, выводы и рекомендации, а также разработано основы спектральной оптической диагностики тепломассообменных процессов, выполнен анализ и синтез математической модели светорассеивающего материала та осуществлено моделирование состояния поляризации излучения на основании матриц преобразования с целью дальнейшего использования при разработке методов и механизмов для контроля напряженно-деформационного состояния древесины. Предложен обобщенный критериальный метод расчета продолжительности сушки тонких пиломатериалов и плоских листовых материалов. На основании проведенных исследований предложено инженерные методы расчета основных элементов и разработаны, защищенные авторскими патентами, конструкции солнечных сушильных камер, подобраны составы солей-кристалогидратов с целью решения проблемы использования нетрадиционных экологически чистых источников тепловой энергии для сушки пиломатериалов. Создана методика расчета кинетических параметров лучистого теплообмена, температуры поверхности материала и степени черноты в процессе комбинированной сушки. Разработаны и научно обоснованы рекомендации по прогнозированию тепломассообменных процессов, усовершенствованию технологии и оборудования для сушки.

В работе рассмотрено основные закономерности процесса сушки древесины при постоянных режимах, дан детальный анализ методов исследований критического влагосодержания и способов определения продолжительности сушки древесины и древесных сортиментов (строганного и лущеного шпона). Показано, что интенсификация процесса сушки должна базироваться на изучении теплофизических, оптических и других свойств древесины, как объекта сушки, и с непосредственной увязкой их с коэффициентами тепло- и влагообмена, энергией и формой связи влаги с материалом, а также обосновании рациональных режимов сушки и создании на их базе конструкций сушильных установок. Поэтому, несмотря на достаточно большое количество теоретических и экспериментальных работ в этой области, создание единой обобщенной теоретической базы конвективно-радиационной сушки древесины требовало комплексного сочетания оптических, терморадиационных свойств древесины с ее кинетическими тепломассообменными характеристиками. В работе представлена модель научно-технических основ конвективно-радиационной сушки древесины, что позволило комплексно подойти к решению научно-технической проблемы ресурсосбережения и создания энергосберегательных сушильных установок (в частности гелиосушилок).

Изучение и анализ существующих сушильных камер с традиционными источниками технической тепловой энергии требовало также разработки основ проектирования гелиосушильных камер и их отдельных конструктивных элементов (в частности, создания конструкций гелиотермических коллекторов, калориферных систем с использованием солей-кристаллогидратов для аккумулирования солнечной энергии).

На основе анализа кинетики процессов сушки раскрыто особенности их развития в сочетании с продолжительностью в первом и втором периодах, интенсивностью сушки, формой кривых скорости сушки.

Показано, что на величину температурных полей в древесине при инфракрасном облучении существенную роль играют глубина проникновения излучения, толщина объекта сушки, температура и скорость циркуляции агента сушки. Целесообразным есть использование инфракрасного излучения в первом периоде сушки, когда температура поверхности древесины есть небольшой, а интенсивность теплообмена излучением имеет максимальное значение.

Исследования критического влагосодержания в процессе сушки позволили разработать рациональные режимы сушки, получить математические модели для расчета продолжительности сушки и дальнейшего создания сушильных установок.

В работе рассмотрены основы оптической диагностики и прогнозирования свойств древесины в тепломассообменных процессах, которые существенно углубили основные теоретические положения о связи оптических свойств объекта сушки с процессами тепломассопереноса.

Даются соответственно модели диагностики и прогнозирования процесса сушки.

Предложены методы определения показателя поглощения древесины при ее инфракрасном облучении.

Раскрыты методы определения коэффициентов тепло- и влагообмена, критической влажности в процессе конвективно-радиационной сушки.

Наведены результаты исследований сушки шпона различных пород древесины в сопловой ленточной конвективно-радиационной установке. Наведены формулы для определения скорости сушки в первом и коэффициента сушки во втором периодах построены номограммы для определения продолжительности сушки шпона.

На основании исследований оптических свойств древесины и материалов, которые используются для изготовления гелиотермических коллекторов (аккумуляторов солнечной энергии) и отдельных конструктивных элементов сушильной установки, были разработаны конструкции гелиосушильных камер, на которые были получены патенты на изобретения.

Ключевые слова: научно-технические основы, температурно-влажносные поля, конвективно-радиационная сушка, оптические и термодиационные характеристики, оптическая диагностика, матрицы преобразования, теплоакумулирующие составы, гелиосушка, тепломассоперенос.

Размещено на Allbest.ru