Разработка сапр камерного оборудование металических изделий (стр. 4 из 6)

-коэффициент бародиффузии;

-градиент влагосодержания;

-градиент температуры;

-градиент давления.

При этом необходимо иметь в виду следующие обстоятельства: Так как температура теплоносителя в реальных условиях составляет величину менее 80 C, то явлением бародиффузии пренебрегаем . По результатам экспериментальных исследований изменение температуры поверхности осушаемого образца составляет величину около 70 C, в связи с чем компоненту термовлагопроводности можно также опустить. В таком случае уравнение сохранения массы для образца может быть записано в форме уравнения (1), а уравнение сохранения энергии для осушаемого плоского двумерного объекта, в условиях пренебрежения термическим сопротивлением тонкой пленки влаги, может быть записано в классическом виде

[2,6]:

где ρ – плотность материла.

Для решения уравнений (1), (2), (3) тепломассопереноса в первом периоде

сушки необходимо сформировать условия однозначности – краевые условия. В наиболее общем виде такие условия приведены в работе [6]. Для нашего случая, с учетом фазового перехода при испарении воды со свободной поверхности, граничные условия третьего рода для уравнений (1) и (2) примут вид:

где

-поток теплоты за счет теплопроводности;

- поток теплоты за счет теплообмена;

- поток теплоты за счет испарения;

-поток массы испаряющийся влаги;

-поток массы испаряющийся за счет термовлагопроводности;

- поток массы испаряющийся за счет влагопроводности;

λ - коэффициент теплопроводности;

α - коэффициент теплоотдачи;

o ρ - плотность влаги;

β - коэффициент массоотдачи;

λт - коэффициент массопроводности.

Начальные условия записываются в следующем виде:

здесь:

±R – координаты Z для верхней и нижней поверхности материала при тол-

щине материала 2R; п – индекс для поверхности материала.

Следует отметить, что граничные условия 3 рода для уравнения (3) при

указанном способе осушки изделий записываются в форме уравнения (5).

Начальные условия записываются в следующем виде:

где Uг - гигроскопическое влагосодержание материала .

Необходимость рассмотрения этой фазы процесса осушки обусловлена, как отмечалось ранее, наличием объектов находящихся в стадии не только первого, но и второго периода - убывающей скорости сушки [1,3], когда фронт испарения проник внутрь материала по координате z. Во втором периоде сушки удаляется гигроскопическая (связанная) влага, ввиду того, что вся свободная влага с поверхности материала удалена. Таким образом, в условиях пренебрежения бародиффузией [4], движущей силой процесса массоуноса является градиент влагосодержания и температуры. В этом случае совместная система уравнений тепло- и массопереноса записывается в следующем виде:

где:

ρ – плотность материала ;

δ - термоградиентный коэффициент для материала, 1/К.

В начальный момент времени температуру tн и влагосодержание Uо(t) ма-териала принимаем постоянными:

При этом следует иметь в виду, что Uо(t) – гигроскопическое влагосодер-жание материала, установившееся к моменту окончания осушки свободной влаги с поверхности материала. Граничные условия могут быть записаны в виде:

где

- диффузионный поток массы с поверхности материала;

- поток массы за счет термовлагопроводности;

βoρε (Uп-Uт) – поток массы за счет массообмена;

φ – относительная влажность теплоносителя;

а(v), b(v), c(φ ), m(φ) – эмпирические коэффициенты.

Поставленная задача (1)-(13) не может быть решена аналитически без су-щественного упрощения в связи с математическими трудностями, обусловленными как нелинейностью, так и переменностью коэффициентов переноса[6,1,2].Поэтому следующим этапом реализации искомого решения целесообразно выбрать переход к критериальным уравнениям[3,7,8].

В качестве нагревательных элементов используются плиты специальной конструкции, представляющие собой две перфорированные металлические пластины с установленными между ними змеевиковыми нагревателями. В качестве змеевикового нагревателя используются электронагревательные элементы, обеспечивающие минимальную инерционность процесса.

Рис 1. Схема ведения кондуктивной сушки металлических изделий

с периодическим подводом тепловой энергии.

Схема ведения исследуемого процесса представлена на рис. 1. Процесс сушки начинается с прогрева высушиваемой металлических изделий путем

включения в работу нагревательных элементов. Процесс осуществляется при атмосферном давлении среды с целью минимизации удаления влаги с поверхностных слоев материала. После прогрева пиломатериала включением вакуумного насоса и конденсатора начинается стадия вакуумирования, в процессе которой происходит интенсивное удаление влаги из металла. Стадию вакуумирования также можно подразделить на два периода: период понижения давления и период выдержки нагретого материала при минимальном остаточном давлении.

Согласно блочному принципу построения математической модели процесса, совокупность физических явлений, составляющих исследуемый

способ сушки, рассматривается решая внешнюю – тепломассоперенос в парогазовой фазе, и внутреннюю задачи – тепломассоперенос внутри материала.

Для решения задачи тепломассопереноса внутри плоского материала использованы дифференциальные уравнения Лыкова, которые применительно

к одномерной симметричной пластине записаны в виде выражений

,

.

Поле общего давления внутри материала зависит от свойств капиллярнопористого коллоидного тела. В частности, для металлических изделий из древесины может быть использовано уравнение, полученное Г.С. Шубиным

.

где пористость материала можно определить из выражения

.

В процессе прогрева металла при атмосферном давлении среды внутри пластины отсутствуют фазовые превращения (критерий парообразования e в уравнении (2) равен нулю) и, как следствие, молярный перенос внутри древесины отсутствует. Тогда, система дифференциальных уравнений (1) – (3) сводится к следующим уравнениям

,

.

Начальные условия для решения представленных дифференциальных уравнений, характеризующие начало всего сушильного процесса

U ( 0; x ) = U₀ ,

T_м ( 0; x ) = T_м.0 .

р_м ( 0; x ) = р_атм .

Начальные условия для каждой последующей стадии процесса будут представлять собой поля температур, влажности и давления по сечению материала после предыдущей стадии

Граничные условия для решения дифференциальных уравнений выбираются исходя из условий внешней задачи.

В процессе контактного прогрева металла температуру поверхности материала в первом приближении можно принять равной температуре нагревательных элементов, а процесс массообмена характеризуется разностью парциальных давлений паров удаляемой влаги в среде и над поверхностью влажного материала. Тогда граничные условия для решения

дифференциальных уравнений (4) и (5) могут быть записаны в следующем виде