автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Гидродинамика контактного слоя древесностружечного брикета в процессе прессования древесностружечных плит

ч государственный комитет российской федерации ' по высшему образованию

московский

государственный университет ЛЕСА

На правах рукописи ШЕВЛЯКОВ Александр Александрович

гидродинамика контактного слоя древесностружечного брикета в процессе прессования древесностружечных плит

Специальность 05.21.05 — Технология и оборудование деревообрабатывающих производств; древесиноведение

автореферат

диссертации на соясжянве ученой степеяа жашдижата технчеспх наук

Москва —

1994

Работа выполнена на кафедре процессов и аппаратов деревообрабатывающих производств Московского государственного университета леса.

• Научный руководитель —академик РАЕН и МАНВШ, - ► доктор технических наук,

профессор А. Н. Обливин

Научные консультанты —кандидат технических наук

А. И, Пожиток;

кандидат технических наук А. В. Миролюбов

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор А. Н. Кириллов;

кандидат технических наук П. П. Щеглов

Ведущая организация — АО «Плитспичпром».

Защита диссертации состоится « -/У» 199^1г.

в.....час. в ауд. 351 на заседании специализированного

Совета Д 053.31-01 в Московском государственном университете леса по адресу: 141001, Мытищи-1, Моск. обл., МГУЛ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУЛ.

Отзывы на автореферат В ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ просим присылать по адресу: 141001, Мытищи-1, Московской области, Московский государственный университет леса, ученому секретарю.

Автореферат разослан « Л » г&ч . ■ 199^и\

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук, профессор Ю- П. СЕМЕНОВ

Подп. к печ. 4.01.95 г. Объем 1 п. л. Зак. 3 Тир. 100

Типография Московского государственного университета леса

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из путей увеличения производства и снижения себестоимости древесностружечных плит является сокращение времени прессования, так как именно прессование в основном определяет производительность всей автоматической линии и качество готовой продукции. Для этого необходимо знание процессов, протекавших при прессовании древесностружечных плит и умение расчитать основные параметры процесса во времени и по объему стружечного брикета. Эффективность применения известных в настоящее время моделей тепломассопереноса в капилярно-по-ристах телах для разработки рациональных технологических режимов в значительной мере определяется корректностью постановки краевых условий. К сожалению до недавнего времени не существовало математического описания взаимосвязи диаграммы прессования и граничных условий системы уравнений тепломассопереноса процесса прессования древесностружечных плит, что приводило к значительным расхождениям результатов расчетов по моделям с экспериментальными данными, особенно на заключительной стадии прессования при применении непроницаемых прокладок. Это можно объяснить тем, что ни одна из-известных физико-математических моделей данного технологического процесса не учитывает эффекта проскальзывания .парогазовой смеси вдоль пластей стружечного брикета по его контактным слоям, существенное влияние которого доказано рядом экспериментальных исследований.

Целью работы является исследование процессов тепломассопереноса в контактных слоях стружечного брикета; при прессовании и их количественной взаимосвязи с режимными характеристиками диаграммы-прессования, а также изучение реологических и гидродинамических характеристик самого контактного слоя с дальнейшей разработкой инженерных методов расчета на ЭВМ основных параметров процесса прессования древесностружечных плит.

Научная новизна. Разработана физико-математическая модель тепломассопереноса и сформулированы замыкающие соотношения процесса прессования древесностружечных плит с учетом влияния контактных слоев на физические процессы, протекающие при прессовании. Разработаны методики и на их основе созданы экспериментальные стенды для исследования реологических и гидродинамических характеристик контактных слоев. На основе эксперимен-

тов получены функциональные зависимости толщины, плотности 1 коэффициентов проницаемости контактных слоев древесностружечных плит от их структурных параметров и технологических параметров процесса прессования. Разработан алгоритм и программ? ЭВМ на основа сформулированной физико-математической модели. Получен единый инженерный метод расчета на ЭВМ основных. параметров процесса прессования древесностружечных плит в зависимости от режимных характеристик диаграммы прессования. Выработаны конкретные рекомендации по выбору рациональной для заданных технологических условий диаграммы прессования.

Практическая ценность. Результаты работы могут быть использованы при разработке новых и усовершенствовании существующих технологических процессов производства древесностружечньи плит.

Аппробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и ббсуадались на научно-технических конференциях професорско-преподавательского состава и аспиранте! МЛТИ 1982+1994 гг., на научно-технической конференции молоды; ученых и специалистов УкрШИМОД 1984 г. и на научно-технических конференциях "Научно-технический прогресс в лесной и д/с 1фомшленностим УкрНИИМОД 1989 и 1996 гг. (г. Киев).

Основные результаты работы прошли апробацию в лабораторных и промышленных условиях на Мотовшювском ОЭ ДОКе УкрНЦДО.

Публикации. Основные положения работы опубликованы в К статьях.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, списка литературы из 145 наименований на 16 страницах и 4 приложений на 43 страницах. ■ Изложена на 162 страницах машинописного текста и содержит 3 таблицы на 7 страницах и 50 рисунков

. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность теш диссертащи и формулируется основная цель работы.

В первой главе работы рассматриваются основы, способы ин тенсификацйи и методы исследования процесса прессования древе сновесшстружечных плит, дается обзор работ по различным ме ■тодам исследования гидродинамических характеристик капилярно пористых материалов. На основе анализа опубликованных " рабо1

сделаны выводы, поставлена задача исследования и намечены кэ-роприятия, необходимые для решения давдой задачи.

Анализ основных направлений интенсификации процесса прессования и практических способов их реализации показал, что наиболее оптимально интенсифицировать прессование древесностружечных плит можно при комплексном влиянии на все этапы процесса, но наибольший эффект можно получить от ускорения процессов прогрева и релаксации давления парогазовой смеси при рациональном построении диаграммы прессования.

Точка зрения, что при достаточно низком значении давления прессования парогазовая смесь удаляется не только через торцы брикета, как это обычно принято считать, но и через пласти по его контактным слоям, подтверждается экспериментальными исследованиями и их[сопоставлением с результатами расчета. Установлено, что за весь период прессования не менее 64Х парогазовой смеси выходит через пласти брикета по его контактным елям. К сожалению, не удалось найти сведений о количественной взаимосвязи давления прессования и массового потока парогазовой смеси через контактные слои, связанного с их проницаемостью.

Ш одна из известных физико-математических моделей процесса тепломассопереноса в капилярно-пористых телах не учитывает эффекта проскальзывания парогазовой смеси по их контактным слоям. '

Во второй главе разработана физико-математическая модель процесса прессования древесностружечных плит с учетом проскальзывания парогазовой смеси вдоль пластей стружечного брикета по его контактным слоям, сформулированы краевые условия системы уравнений, описывающей данный процесс, разработана физико-математическая модель процесса фильтрации воздуха через образец древесностружечной плиты, предложен способ моделирования процесса прессования стружечных плит в лабораторном прессе.

Сформулированная модель процесса прессования древесностружечных явит представляет собой сопряженную задачу п состоит из задачи внутренней, описыващей процессы тепломассопереноса в самом стружечном брикете, и внешней задачи, одасывззощей процессы тепломассопереноса в контактных слоях стружечного Орике-"тз. Модель предполагает, что внеаняя. задача является изотермической по коордшате х (перпендикулярно плоскости прессования).

За основу внутренней задачи взята физико-математическая модель прессования древесностружечных плит с введением функций штрафа На основе сделанных допущений с учетом баланса тепла и масси для симметричного прессования на непроницаемых прокладках сфэрмударованна следуадая система уравнений.

Внутренняя задача

1. Уравнение неразрывности для водяного пара

п ах«- V ах -I 0у1

. + р в о:

' V За.-» ' д1

П(х)—- + .

дг 3x1 V ах ■» 0у

* р..? * о;

2. Уравнение переноса энергии

■ 91 д Г дТ-.

ву

( 1 )

+ с.

■

дт. дх*

р.'*«'

эи

где Е4=г#+|х0(и,Т);

3. Уравнение фазовых переходов

' ри]2 > Р.^.а1): '

- р, р.]-х<«). р,.«)^^.,«);

( 2 ) ( з )

аи вт

где =

( 4 )

< 5 : ( 6

ав ах

Рр= гаах{ 0; Р,- Рви[ю1п Т1 1;

■хеЮ, 6)

4. Уравнение кинетики отверждения связующего (I - в)-Г<Г,Се,т) , &<0РС; ;

1вв(Т) - в|.г(т,св,и), <7

о

0>0_

5. Уравнение изменения концентрации сзязуицего

с

Эх

с-р - эи эи

С ' 9

н-рвР(х)'(»-П) 9т ах su

<о:

о

Эх

6. Уравнение состояния для пара Р.

Re(PB)-T

7. Начальные условия

Т(0,х) = То(х); ( 10 ) 0(0,х> = ».(х);

P„ÍO,x,y,z) = P„ITe(x)J;

6(0,х) = е„<х); ( 13 ) ' сс(0,х) = ссо(х)

8. Граничные условия

-к/Т

Т(х,б') = ТПр- А-е ; Э

—Т(х,0) = О;

а

( 16 ) —Pa(x,0,y,z) = О; Эх

( 9 )

< М )

< 12 ) ( 14 )

( 15 ) ( 17 )

Р„(т,х,1г,а) + Рг= р.: ( 18 ) Рп(х,Х,у,11> + Рг= Р4; ( 19 )

—Р(Х,Х,0,2> =0; ( 20 ) % (х,х,у,0) = 0: ( 21 )

Эу " дь

Внешняя задача

1. Уравнение неразрывности для пара на лласти брикета

= ~ Я,,„<ч.0,У,г); (22)

2. Уравнения фильтрации пара в контактном слое

Р,(х,5,у,а) Э

---—Рк(х,е,у,2) = а -я (т,8,у,г) +

Пп(Рп}-Т(х) Эу у

+ Р/Су^АУ.з); < 23 >

Р„<x,C,y,z>

Rn(P0)-T(x) дъ

—Р, (x,Q,y,a) = +

4 P,"q„,<t»efy,a);

( 24 ) '

3. Начальные условия Р,(0,в,у,в) = Ра: ( 25 )

ко,6)

®.р<0>5

4. Граничные условия

д

-Р.(г,0,у,0)0; (27) дъ * •

рв(1,в,1у,а) = Ра; (29)

—Р.(1,6,0,а) = 0; бу

р.ес.в.у.!,) = Ра;

( 26 )

< 28 ) < 30 )

¡Дяя совместного решения внутренней и внесшей задач сформулированы условия сопряжения на границе контактного слоя и собственно стружечного брикета,

V й"

' £ -Рв(т,6,у,а) + Р„+ Р,]; ( 31 )

К

гдеНоа=

Н -V

( 32 )

Таким образом, система уравнений ( I )+( 32 ), совместно с физическими условиями, позволяет одисать процесс прессования древесностружечных . плит с учетом проскальзывания парогазовой смеси вдоль лластей брикета по его контактным слоям. Для замыкания предложенной системы уравнений необходимы зависимости изменения толщины, плотности и гидродинамических характеристик контактных слоев от характеристик стружечного брикета и режимных 'характеристик диаграммы прессования.

С целью определения гидродинамических характеристик контактного слоя с помощью экспериментов разработана физико-математическая модель процесса фильтрации газа через образец с учетом перетечек газа внутри образца, контактных слоев и потерь давления на входе и выходе образца и.контактного слоя, которая может быть представлена следующей системой уравнений: -I. Уравнение неразрывности для воздуха во внутреннем слое образца •

д 1 кг[рпж(х)1 б- . в

—р{х,г) + —----Р(х,г) + —

9т г V бг бг

<9

дг

Р(х,г) + - * -] Эх[ V

(X)] в

ех

-Р(Х.Г).

МРП1(Х)1

± 0;

.< 33 )

2. Уравнения потерь давления на входе и выходе внутреннего слоя образца, соответственно

г з I МРВ.<Х>] а Р? - Р <х,г,)= - —----г-Р(х,г

Рг(х,гг> - Р*= £,ь

V ! вг кгСРдд(Х)] в

Г й-т

Г

н-т

Р(х,Г-)I --;

V дг \

< 34 )

( 35 )

А. Обе пласти изолированы (контактный слой отсутствует) 3. Условия отсутствия потока .

9х

-Р(С,г)= О;

( 36 ) —Р(0,г)= 0; Зх

( 37

4. Условие сопряжения

6 Ч.(р„(х>] д

г Г к„1р„.(х)1 а

•I

кг[р„(х)] а

2-т-г,*| ^---Р(х,г.)«ах;

V . дт 2

( 30 )

Б. Хотя бы одна пласть неизолированна (контактный слой есть)

3. Уравнение нэразрывгости для воздуха в контактном слое, уравнения потерь давления на вхс?де и выходе контактного слоя и условие отсутствия потока, соответственно

дх

Чх-г\ + Уа?т}г-4 • р —■—Рг (б, г) у 2'Й-Т Эг

■-а-т) + /а?т)г-4-р—----Рг(б,г)

* 2-й-Т вг

<Эх

Ур„<Х)» а

V <9х

2-Р

Р<б,г):

Р?-Рг<а,г, )=£„„•

-а-тг]4-/а?т12-4'Р—^---У

V 2-й-? д1- 1

2-Р

( ЗУ )

а-т.

■—;< 40 )

+

ра»,га)-р{км„.

—Рг(0,г)-.0; ал

-а- т/а?т1г-4-Р———1г(е,г2) Г 2-Н-Т дг 2

2-Р

4. Условие сопряжения

у-, гр

-а-Т} + /а-т) -4-р*—---— Р (б,г.:

' 2-я-гаг 1

- 2-*. г,

2'Р

V 0г

Р(х,г,)-си

- 2-1-г^

/"7, II Э 3 х

|Ч«ч} + /а?п -4-Р-----Р2(й,г2)

' 2«И'Т вг 2

2-Р

-К 41 )

( 42 )

Кг1рв.и>1 0

■Р(х ,г2) *<1х

V вг

5. Уравнение состояния воздухе Д.т

6. Коэффициент кинематической вязкости воздухе

7)

V =

Р . '

1. Коэффициент динамической вязкости воздуха

( 43 )

( 44 >

( 45 )

( 46 1

т) = г/.г-ю-.к^,

гда 1 + 0,0027-1/273;

I - 0,04-ф - 0,6-<р® + 0,14-ф*;

8. Коэффициенты яроницавгоста для внутрвшюго сасш'образца в направлениях параллельном я лерпьшшулярж«

пласти, соответственно

Мр„<*П =

кх[рп,(Х)] =

р'.Ш" (1+0,075.ф). (1+0,01 -с)'

0,25-10"13-15404-ф^г5 р*ж (х)-( 1-0,051 .'р+0,025.(()2)' (1+0,01 -с)'

( 47 )

( 48 )

9. Коэффициенты вязкостного и инерционного сопротивления контактного слоя, соответственно

а =

а

нГ

( 49 )

»Л

II?

( 50 )

10. Коэффициенты сопротивления входа и выхода внутренних слоев(' образца и его контактного слоя, соответственно

,(х> =

4 0,5 '

р" -f?'5 Пг

е.,

еКС

( 53 )

^ о в ы к

f-tf'5 '

( 51 )

( 52 )

( 5Д )

При обеих изолированных или неизолированных пластах имеем симметричную задачу и поэтому рассматриваем только половину толщины образца, а ось симметрии Ог располагаем.в центре симметрии образца. Следовательно б = 0,5>бяж; qnJ.-- 0,5-Qv-р.

С учетом вше сказанного разработан алгоритм решения данной системы уравнений для нахождения недостающих зависимостей по экспериментальным данным, полученных в соответствии с методиками, описаниями в следующих разделах. Алгоритм реадтоввн на языке PASCAL в операционной системе R'f-60,

Одним из наиболее принципиальных вопросов, возникающие при изготовлении образцов для экспериментальных исследований в условиях лаборатории, является вопрос о моделировании процесса прессования полноформатных плит в лабораторном прессе.

При моделировании процесса ирвссоьания полноформатных древесноструэкешгах плит в лаборатории условия! основной в ни-

мание должно бить уделено достижению условий выхода парогазовой смеси из прессуемого брикета соответствуй^« реальному процессу прессования в промышленных условиях.

В связи с этим представляет интерес метод моделирования процесса прессования путем использования герметичной рамки. Древесностружечный брикет прессуется в герметичной, рамке, снабженной системами измерения температуры и давления, а также системами регулирования внутреннего давления парогазовой смеси, 'представляющих собой- набор местных сопротивлений, выполненных в виде соответствующим образом настраиваемых вентилей. Каждая из этих вентилей 'является- аналогом соответствующего гидравлического сопротивления прессуемого брикета. Необходимо смоделировать следующие механизмы удаления парогазовой смеси из брикета: удаление за счет фильтрации через торцы брикета; удаление через пласти брикета по его контактным слоям; удаление по каналам сетчатого поддона, если таковой есть. Тарировка и настройка этих систем должна осуществляться в соответствий с режимными характеристиками диаграммы прессования, а также фильтрационными характеристиками брикета, контактных слоев и проницаемой прокладки. В ,основе такой тарировки используе »*ся подход, основанный на расчете массовых потоков в брикете при одинаковом давлении парогазовой смеси в оригинале и модели в процессе их прессования. Это достигается настройкой регулирующего вентиля. При этом необходимо знание соответствуцих коэффициентов проницаемости.

В третьей главе представлены методики, описания экспериментальных стендов и результаты экспериментальных исследований по определению тиюцины, плотности и гидродинамических характеристик контактных слоев струошчною брикета от его структурных параметров.и технологических параметров процесса прессования. Приведена методика статистической обработки результатов исследований. Бее шроксимярущие зависимости подучены методом наименьших квадратов.

Исследования послойной плотности образцов проводили на экспериментальной установке, созданной на базе рентгеновского дифрактометра ДРОН-3. В состав экспериментально;! установки входят системы измерения и регистрации рентгеновского излучения, системы измерения, регулирования и регистрами гемаьрату-

ры и нагрузки на образец, система управления параметрами эксперимента, гидростанция и рабочий участок в виде малогаборит-ного гидравлического пресса с нагревательными плитами.

Для данных исследований оптимальная величина просвечиваемого слоя - 0,02 м, толщина образца - 0,016 м, длина - 0,05 м. Образец просвечивали по толщине с шагом 5-10'5м.

Эксперименты проводили на трубке с анодом из серебра, имеющей характеристическое излучение с длиной волны 0,56 нм. Напряжение на трубке поддерживалось 30+50 кВ, ток 5+40 мА. Размеры щелевых диафрагм - 5*10"5м.

Расчеты показали, что величина суммарной погрешности измерения послойной плотности находится в пределах 2,5+5% при различных режимах работы установки ДРОН-3. Точность поддержания температуры нагревательных плит рабочего участка - 2 К, нагрузки на образец - 500 Па. Толщину образца измеряли с точностью до 5 • 10~5м.

Анализ полученных профилей плотности исследуемых образцов показал, что вблизи их поверхности наблюдается резкое снижение плотности, что соответствует нашему представлению о существовании контактных слоев. С приложением нагрузки к образцу меняются его плотность и толщина. Причем, замечено, что при увеличении нагрузки на образец до 1,5+1,8 . МПа (в зависимости^ от плотности плит) увеличение плотности происходит только на его поверхности (т.е. на наружной границе контактного слоя), а плотность остальных слоев не меняется. При дальнейшем увеличения нагрузки на образец происходит увеличение плотности не только контактных, но и внутренних слоев.

. В результате апроксимации экспериментальных данных получена зависимость толщин контактного слоя от толщины образца, его плотности, 'температуры, нагрузки на образец и максимального давления прессования

V АИ.„.(1-АН').(1-ДИ'), (55)

где дн' = А + К.рп,о, • .

А --- 0,7525805 + 0,032912.Р° ,s + P„p/U9 + 2-Ряр);

К = 8,37.-Ю"5 - 3,0616-10"5-Р°'5; •

' ДН*= (1-293)/I(700 + 45•(Г-293)1. ,

С уменьшением начальной толщины образца и максимального давления прессования, а также с увеличением средней плотности образцов, температуры и нагрузки на образец, толщина контактного слоя образца уменьшается.

Замечено, что внутренняя граница контактного слоя совпадает с слоем образца, имеющим максимальную плотность. ■

Зависимости плотности на внутренней и наружной границах контактного слоя были получены при обработке экспериментальных данных и имеют следующий вид

• Р„.-[ь02 + -^-1; (56)

" I 4,45 + 1,33-Р.^

' Рю'Дсо / гг) ч

р,= —-—. < >

к

где ркв= 0,955.ро/(1-ДН"). ( 56 )

Плотность на внутренней границе контактного слоя увеличивается с увеличением плотности образца и максимального давления прес,-сования. Плотность контактного слоя на наружной границе контактного слоя увеличивается с увеличением средней плотности образца, температуры, нагрузки на образец и максимального давления прессования.

Экспериментальные исследования по определению гидродинамических характеристик контактного слоя проводили по методике, • основашой на определении градиента давления газа на образце и распределения давления газа по длине образца при различных значениях массового потока газа, проходящего через образец, и обработке полученных данных в соответствии, с системой уравнений ( 33 )-( 54 ). Б качестве агента использовали воздух.

Для исследования гидродинамических характеристик контактных слоев разработан и создан экспериментальный стенд, обеспечивающий создание через образец радиально-параллельного потока воздуха требуемых параметров и состоящий из: узла нагнетания воздуха с возможностью регулирования расхода и давления; аппаратуры по очистке, нагреву и осушке воздуха: приборов для регулирования степени нагрева воздуха: рабочего участка для формирования требуемого потока воздуха через образец и создания необходимой • степени нагрева и нагрузки на образец; приборов для контроля и регистрации расхода воздуха, распределения дав-

лвния воздуха в образце, температуры, относительной влажности воздуха и дефформации образца.

Для данных исследований расчитани оптимальные размеры образца: толщина Н = 0,016 м; внутренний диаметр 0,02 м; наружный диаметр Бг= 0,16 м.

Расход воздуха определяли с относительной ошибкой не более 1%. Погрешность измерения давления воздуха составляла 22 Па. Точность поддержания температуры нагревательных плит рабочего участка и воздуха, проходящего через образец, составляла 2 К. Толщину образца измеряли с точностью до 5-10~3м. Нагрузку на образец задавали с точностью до 500 Па.

Проведение экспериментов осуществляли в два этапа.

На первом этапе продували образцы с обеими изолированными пластями (контактные слои отсутствуют). Поэтому, можно считать, что в этом случае поток воздуха' идет только по внутреннему слою.

Анализ результатов расчета, полученных при решении системы уравнений ( 33 )-( 54 ) с использованием данных первого этапа экспериментальных исследований показал,- что коэффициенты сопротивления входа и выхода образца зависят от его послойной плотности.

Величины условных коэффициентов сопротивления входа и выхода образца, полученные из выражений ( 51 ) и ( 52 ), колеблются возле некоторых постоянных значений и их, соответственно, . можно принять равными (для данного способа обработки торцевых поверхностей образца): ?„ = 250000; ?_______= 500000.

О ВX ОВНХ

На втором этапе продували образцы, обе плзсти которых не изолированы. В этом случае поток воздуха идет не только через внутренний слой, но и через верхний и нижний контактные слои/

Значения коэффициентов сопротивления входа и выхода контактного слоя образца вычисляли по формулам ( 53 ) и ( 54 ) с использованием условных коэффициентов сопротивления входа и выхода образца, полученных при расчетах на первом этапе экспериментальных исследований.

Анализ результатов расчета, полученных при решении системы уравнений ( 33 )-( 54 ) с использованием экспериментальных данных второго этапа экспериментальных исследований показал, что коэффициента вязкостного и инерционного сопротивления кон-

тактного слоя увеличиваются с увеличением плотности образца, температуры, нагрузки на образец и с уменьшением толщины образца и максимального давления прессования, применяемого при прессовании данного образца.

В результате аппроксимации данных, полученых на втором этапе экспериментов найдены зависимости удельных коэффициентов вязкостного и инерционного сопротивления контактного слоя

о'= 1,2 *101Э ■Р< • : ' { 59 )

.. Гр 1г1Э'р«0'5

р « 1,6-10". (60)

С увеличением плотности образца и нагрузки на него удельные коэффициенты вязкостного и инерционного сопротивления увеличиваются. -

Выражения для определения толщины, плотности и. удельных коэффициентов вязкостного и инерционного сопротивления контактных слоев ДСтП действительны при следующих значениях величин:

- толщины'ялиты На,= 0,01+0,03 м:

- плотности плиты рл>= 500+1000 кг/м3;

нагрузки на образец Ря= 0,1+(1,26 + 0,0006-рпж) МПа;

- температуры 1 Г = 273+473 К; ,

- максимального давления прессования Рпр= 1,0+5,0 МПа. ,

В' четвертой главе приводятся результаты реализации физико-математической модели процесса и их анализ. Даш рекомендации по разработка рациональных режимов процесса прессования древесностружечных плит.

На основании сформулированной системы уравнений и краевых условий (I Ж 32 ) разработаны алгоритм и программа расчета на ПЭВМ основных параметров процесса прессования древесностружечных плит. Расчет производили методом конечных разностей по неявной схеме. В основу алгоритма положен метод дробных шагов с разделением физических процессов и автоматическим виОором шага, обеспечивающего требуемую точность.

' В результате проведенных расчетов получено изменение основных параметров в центре древесностружечного брикета в процессе прессования (рис. I) л их распределение ко толщине бри-

кета (рис. 2). ~ .

Изменение основных параметров в центре древесностружечного брикета в процессе прессования

При расчете внутренних напряжений в каждом слое древесностружечного брикета учитывали упругое сопротивление брикета, давление парогазовой смеси и прочность склеивания в этом слое ^„(т.х) = ?у(т)*(1-П(х)) + Ряг(г,х)-Щх> - ар(ч,х). < 61 )

Наиболее слабый слой по толщине древесностружечного брикета в любой момент времени соответствует ело», для которого

(о (т,х) - Р 0г).(1-П(х)) - Р пг(т,х)-Л(х)) « 62').

Смещение этого слоя по толщине брикета но времени в е£о центральном сечении, представленное на рис. 3., совпадает с продвижением области интенсивного испарения влаги (рис. 2 6), в которой давление парогазовой смеси максимально для данного момента времени.

Для определения минимально допустимой давления прессования необходимо пользоваться минимально необходимой натруской з наиболее слабом слое брикета

Р^'к(г)= {Ру(т).(1-Щх)) * Ряг(а,хИ1Ш - ег (т,х)} . Г63 )

V •'та*

Распределение основных параметров по толщине древесностружечного брикета в центральном сечении для различных моментов времени

I - -г=. 0 о; 2 - х,- 03 с; 3 - с; Л - ч Л ."•..! с;

5 - о; 6 - с; 7 - 'С-<ЗСО с; а - 1---4?.0 с.

Рис. П.

Смещение наиболее слабого слоя по толщине'древесностружечного брикета в его центральном сечении в процессе прессования х/ги

Изменение минимально необходимой нагрузки на древесностружечный брикет в процессе прессования р,

2,0

1,5

«Л

0,5

Л-

IV 3

■ргх

Р^Г —

120

240

Т, С

120

240

. Рис. 3. Рис. 4.

Слишком большое превышение давления прессования над минимально допустимым давлением прессования (гр. 4 рис.' 4.) приводит к быстрому износу дистанционных прокладок, так как на ник падает, большая часть'нагрузки, а также к прогибу плит пресса в процессе прессования, из-за чего в центральной части древесностружечного брикета ужесточаются условия выхода парогазовой смеси, что может привести к чрезмерному росту давления парогазовой смеси и в конечном счете к расслоению брикета при размыкании плит пресса. Поэтому давление прессования в течении всего времени прессования .должно бить равно или несколько превыг аать минимально допустимое давление прессования, но никоем обу разом не быть нижа этого значения, чтобы не допустить распре6-совки брикета. Причем, повышение давления прессования над ии-нимаяьно допустимым в начале процесса может достигать значительной величины, что ускорят прогрев древесностружечного брикета, -тогда как после прогрева брикета это привьаивяиа долюзо быть минимальным, чтобы облегчить выход парогазовой смеси из брикета. Пример такой диаграммы прессования приведен на рис. 4.

Окончание процесса праосозадия определяется временам достижения прочности клеевого шва, большей или равной внутренним

С

напряжениям в брикете от упругого сопротивления брикета и давления. парогазовой смзси в самом слабом сечении брикета:

(ор(а,х) > Р (гМ1-Л(х)} + Р„г<т,х)-П(х)} . ( 64 )

1 ^ п I п

Прерывание процесса раньше этого времени может привести к распрессовке или расслоению древесностружечной плиты при раскрытии плит пресса.

Полученные данные использованы для выпуска опытной партии древесностружечных плит на Мотовиловском ОЭ ДОКе УкрНПДО. Применение прздложвниной диаграммы прессования' позволило сократить продолжительность . прессования на 13,5% при температуре плит пресса 433 К.

В пятой главе приводятся основные выводы по работе.

В приложениях приведены таблицы основных экспериментальных данных и акт о промышленной апробации результатов иследо-ваний.

вывода И .ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Вывода и основные результаты работы можно сформулировать следующим образом:

1. Проведен общий анализ основных путей интенсификации процесса прессования ДСтП, методов расчета процессов тешюмэс-сопереиоса с учетом кинетики фазовых превращений при горячем прессовании, методов исследования ' гидродинамически^ характеристик ДСтП и, как следствие, влияния контактных слоев на'физические процессы, протекающие яри прессовании древесностружечных плит.

2. Для системы уравнений, описывающей тешюмассоперенос и кинетику отверждения связующего в брикете при прессовании, разработан наиболее обгций вид краевых условий, позволяющих расчитывать основные технологические параметры процесса прессования во времени л по всему объему брикета для различных способов и режимов прессования с учетом влияния "контактных слоев на процесс лресоозания.

3. Разработаны методики и созданы экспериментальные -стенда для исследования послойной плотности образцов.древесностру-дачных плит, толщины и плот>!ости их контактных слоев, а такта гидродинамических .характеристик контактных слоев в зависимости от рззлп.'.'их технологических факторов.'

4. На основе проведенных экспериментальных исследований получены расчетные выражения для определения толщины, плотности и гидродинамических характеристик контактных слоев древесностружечных плит в зависимости от их структурных параметров и технологических параметров процесса прессования,

5. Для решения системы уравнений, сформулированной физико-математической модели процесса прессования, разработаны алгоритм и программа на алгоритмическом языке "PASCAL", в результате чего получен единый инженерный метод расчета на OEM основных технологических параметров процесса прессования древесностружечных плит.

6. В результате численных экспериментов, проведенных на ЭВМ с учетом^эффекта "контактного слоя", установлена связь режимных характеристик диаграммы прессования на изменение температуры, давления парогазовой рмесй,.влажности, степени отверждения связующего и прочности стружечного брикета перпендикулярно лластл в процессе прессования и даны конкретные рекомендации по выбору рациональной для данных технологических условий диаграммы прессования.

7. Предложен метод моделирования процесса прессования полноформатных древесностружечных плит в лабораторных .условиях в соответствии с заданной диаграммой прессования. Сопоставление результатов исследований прессования древесностружечных плит в лабораторных и промышленных условиях показало, что данный метод позволяет достаточно полно смоделировать исследуемый процесс и может быть рекомендован для проведения экспериментальных исследований процесса прессования ДСтЯ.

8. Основные результаты исследований прошли апробацию .в лабораторных и промышленных условиях на Мотовиловском ОЭ ДО^е УкрЛГЩО.■ Выпуск опытно-промышленной парти древесностружечных плит показал, что они полностью удовлетворяют предъявляемым требованиям, а использование расчитанных рациональных диаграмм прессования позволило увеличить производительность прессового оборудования на 13,5%.

9. Результаты исследований могут быть использованы при разработке новых и усовершенствовании существующих технологических процессов производства древесностружечных плит.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

т - время, с; Т - температура, К; Р - давление, Па; р - плотность, кг/м3; qm- удельный массовый поток, кг/м2•с; q - суммарный массовый расход, кг/с; JI - пористость, I; U - влагосо-держание пористого тела, I; с - концентрация, I; к - коэффициент проницаемости, м2; а, ß - коэффициенты' вязкостного и инерционного сопротивления контактного слоя, 1/мэ: а,р - удельные коэффициенты вязкостного и инерционного сопротивления контактного слоя, соответственно, 1/мг и I/м; С,^-- коэффициенты сопротивления входа (выхода) в плите и контактном слое, соответственно, I и 1/мг; т) - коэффициент динамической вязкости, Па-с; V - коэффициент кинематической вязкости, мг/с; Е - универсальная газовая постоянная, Дж/кмоль-К; ц - молекулярная масса, кг/кмоль; 6 - степень отверждения связующего, I; Н - толщина, м; 1 - линейный размер, м; г - радиус, м; x,y,z - пространственные координаты, м; С - теплоемкость, Дж/кг-К; % - коэффициент теплопроводности, Вт/м-К; ßv- объемный коэффициент массо-обмена, с• м/кг, Ш1,Ш2,ШЗ - параметры функции штрафа', соответственно, 1/с, I/Па , 1; г - теплота фазовых переходов, Дж/кг;

' ИНДЕКСЫ

а - окружающая среда; в - вода; г - неконденсирующиеся газы; к - контактный слой; н - нагрузка; п - пар; с - связующее; ф -фазовый переход; ц - центр; 1 - по линейному размеру;' г - по радиусу; x,y,z - по пространственным'координатам; дв - древесное вещество; бр - брикет; вх - вход; ви - выход; пл - плита; пн - пар насыщенный; пр - прессовапчу; I - перед образцом; 2 -после образца.

СПИСОК ОЛУШАГОВАШНХ АВТОРОМ РАБОТ НО ТВ® ДИССЕРТАЦИИ

1. Пожиток А.И., Шевляков A.A., Старых A.M., Друганов Ю.Г Некоторые аспекты тепломасашереноса при прессовании древесностружечных плит // Научн.тр. / ВНШдрев, Балабаново.- 1982.-Совершенствование технологии производства древесных плит.-с. 30-35.

2. Юевляков A.A. Экспериментальная установка для исследования гидродинамических характеристик контактного слоя "плита-непроницаемая поверхность" // Паут. тр. / MJITM.- 1934 г.-•Вып. 159: Технология; дрьвесных шшт и пластиков.- с. 5-7.

3. Обливин А.Н., Пожиток А.И., Шевляков A.A.'Методика исследования гидродинамических характеристик контактного слоя "плита-непроницаемая поверхность" // Научн. тр. / МЛТИ.- 1984 г.- Вып. 159: Технология древесных плит и пластиков.- с. 8-17.

4. Шевляков A.A. Исследование гидродинамических характеристик поверхностного слоя 'плитных материалов из древесины // Тезисы докладов / на III Научно-технической конференции молодых ученых и специалистов УкрШИМОД, Киев.- 1984 г.- с.

5. Шевляков A.A. Фильтрация воздуха в древесностружечной плите // Научн. тр. / МЛТИ.- 1987 г.- Выл. 192: Комплексное использование древесного сырья и повышение качества продукции. - с. 14-18.

6. Пожиток А.И., Шевляков A.A. Гидродинамика.контактного слоя стружечного пакета // Научн. тр. /- МЛТИ.- 1987 г.- Вып. 1%: Вопросы теплопередачи-в технологических процессах.- с.80--88. •

7. Пожиток А.И., Шевляков A.A. . Граничные условия при прессовании древесностружечных плит // Тезисы докладов / на XVII научно-технической конференции "Научно-технический прогресс в лесной и д/о промышлёностм". УхрНШШОД, Киев.- 1989 г.-с. 81-82. •

" 8. Савицкий к.С., Шевляков A.A. Моделирование процесса прессования полноформатных плит в лабораторном прессе //Научн. тр. / МЛТИ.- 1991 г.- Вып. 237: Химико-механическая переработка древесины.- с. 27-33. - '

9. Потапов С.А., Шевляков A.A. Исследование послойной плотности древесностружечных плит и их контакта« слоев // Научн. тр. / ШГШ.- 1592' г.- Вып. 249: Технология химико-механиг чэской переработки древесины.- с. 5-12. /

10. МиролюЗов a.B., Шевляков A.A. Гидродинамические хара'-ктеристики контактных слоев древесностружечных плит // Научн. тр. / МГУЛ.- 1994 г.- Вып. 273: Химико-механическая переработка древесины.- с. 24-28.