автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Технология прогрева оцилиндрованных бревен в конвективных сушильных камерах

Артеменков Алексей Михайлович

1

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОГРЕВА ОЦИЛИНДРОВАННЫХ БРЁВЕН В КОНВЕКТИВНЫХ СУШИЛЬНЫХ КАМЕРАХ

05.21.05 - Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

- 2 ДЕК 2010

004615453

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОГРЕВА ОЦИЛИНДРОВАННЫХ БРЁВЕН В КОНВЕКТИВНЫХ СУШИЛЬНЫХ КАМЕРАХ

05.21.05-Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Диссертационная работа выполнена на кафедре технологии лесопиления и сушки древесины Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С. М. Кирова

Научный руководитель: Акишенков Савелий Иванович,

кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты: Глухих Владимир Николаевич,

доктор технических наук

Акулов Фёдор Георгиевич, кандидат технических наук

Ведущая организация: ОАО «УралНИИПДрев», г. Екатеринбург

Защита диссертации состоится « » аекибрл 20-/0 г. в И часов на заседании диссертационного совета Д 212.220.03 при Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С. М. Кирова (194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Главное здание, Зал заседаний).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГЛТА.

Автореферат разослан « •/•/ » ноя еря 2010 г.

Учёный секретарь .

диссертационного Совета, ^

доктор технических наук, профессор_«П_Г. М. Анисимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время в России широко развивается деревянное домостроение с использованием оцилиндрованных брёвен. В связи с этим происходит модернизация существующих и строительство новых предприятий, ориентированных на промышленное производство готовых комплектов деревянных домов из оцилиндрованных брёвен. Кроме домов, оцилиндрованные сортименты применяют для строительства зданий социально-культурного назначения. Не смотря на относительную дороговизну таких деревянных строений, они пользуются спросом благодаря своему эстетичному' внешнему виду и простоте сборки домов, обеспечивающей высокие темпы их строительства.

Как правило, все оцилиндрованные брёвна, используемые в строительстве, подвергаются атмосферной или искусственной сушке. Производство деталей для домостроения из высушенных оцилиндрованных брёвен увеличивает срок службы таких домов, сводит к минимуму осадку дома в процессе его строительства, позволяет производить пропитку деталей дома различными антисептиками и антипиренами, а также отделку фасадов домов лакокрасочными материалами.

Длительность атмосферной сушки оцилиндрованных брёвен составляет примерно 5...7 месяцев, тогда как искусственная сушка сокращает эту продолжительность более чем в три раза, позволяя уменьшить длительность производственного цикл, способствуя, тем самым, улучшению использования оборотных средств за счёт сокращения запасов брёвен в незавершённом производстве.

Наиболее распространенным в деревоперерабатывающей промышленности способом сушки, как пиломатериалов, так и оцилиндрованных брёвен, является сушка в конвективных камерах.

Анализ априорных сведений показал, что ни в литературе, ни в практической деятельности не представлено обоснование организации технологического процесса сушки оцилиндрованных брёвен и брусьев в конвективных камерах, отсутствуют сведения о порядке расчёта продолжительности прогрева и сушки брёвен и брусьев в условиях вынуждешюй конвекции воздуха. Задачи прогрева решались в основном для цилиндрических сортиментов при их прогреве в гидрофобных жидкостях и в среде насыщенного пара, теплофизические и термодинамические параметры которых существенно отличаются от тех же параметров воздуха, используемого в качестве агента сушки в конвективных лесосушильных камерах. Кроме того, эти задачи решались для единичных цилиндрических сортиментов и поэтому результаты таких расчётов не могут распространяться на сушильные камеры, в которых цилиндрические сортименты уложены в су-

шильные штабеля. Методика расчёта времени нагрева пиломатериалов неприменима для сортиментов цилиндрической формы.

Таким образом, разработка достоверного и эффективного метода расчёта процесса нагрева оцилиндрованных брёвен с учётом тегагофизических характеристик влажного воздуха и древесины является актуальной задачей, имеющей большой научный и практический интерес.

Цель работы. Повышение эффективности конвективных сушильных камер путём сокращения времени нагрева оцилиндрованных брёвен по разработанным рациональным режимам.

Объектом исследования являются оцилиндрованные брёвна из древесины сосны.

Предметом исследования является процесс нагрева оцилиндрованных брёвен, уложенных в сушильный штабель.

Научная гипотеза. Сушильный штабель оцилиндрованных брёвен является аналогом трубного пучка коридорного типа.

Научной новизной обладают:

— штабель оцилиндрованных брёвен, рассматривающийся, в отличие от сушильного штабеля пиломатериалов, как трубный пучок коридорного типа с соответствующими характеристиками, что позволило применить разработанные в теории теплопередачи методы расчёта параметров теплообмена таких пучков к штабелю оцилиндрованных брёвен.

- выявленная закономерность изменения среднего коэффициента теплоотдачи штабеля оцилиндрованных брёвен в зависимости от их диаметра и скорости обдува штабеля позволяет определять значения коэффициента расчётным путём с учётом параметров влажного воздуха и характер распределения температурного поля по сечению брёвен;

— математическая модель процесса прогрева оцилиндрованных брёвен.

Практическая значимость работы. Разработанная методика расчёта

процесса нагрева оцилиндрованных брёвен позволяет:

- прогнозировать продолжительность прогрева оцилиндрованных брёвен с учётом теплофизических характеристик древесины и влажного воздуха при разработке режимов сушки;

- разрабатывать программное обеспечение для моделирования процессов тепловой обработки и сушки оцилиндрованных брёвен;

— используемые в методике принципы расчёта создают предпосылки для разработки автоматических систем управления процессом сушки древесины, исключающих участие человека в проектировании и реализации соответствующих режимов.

Достоверность. Достоверность теоретических положений, выводов и рекомендаций обеспечивается современными методами и средствами научного проникновения: применением теории расчёта трубных пучков для

исследования процесса прогрева круглых лесоматериалов; системами измерения температуры и влажности древесины, системами измерения параметров воздуха; обоснованными упрощениями и корректными допущениями при разработке математической модели; подтверждением адекватности разработанной модели и использованных методик расчёта результатами испытаний, выполненных в производственных условиях.

Теоретические, методологические и информационные основы исследования. Теоретическую базу исследования составляют основные положения теории теплопроводности и теплообмена, а также теории сушки древесины.

Исследования базировались на принципах системного подхода с использованием обоснованных методов и методик научного поиска, поверенных оборудования, приборов и средств контроля.

Информационную базу исследования составляют материалы научных исследований, научная, учебная и методическая литература, нормативная документация, материалы отечественных и зарубежных периодических изданий.

Основные научные и практические результаты, полученные лично автором.

Научные;

- методика аналитического расчёта продолжительности прогрева оци-линдрованяых брёвен, учитывающая изменение температурного поля по сечению брёвен во времени;

- алгоритм аналитического расчёта среднего коэффициента теплоотдачи сушильного штабеля оцилиндрованных брёвен, представленного в виде трубного пучка коридорного типа;

- методика экспериментальных исследований для определения температурного поля по сечению оцилиндрованных брёвен при прогреве.

Практические:

- математическая модель процесса начального нагрева брёвен, позволяющая определять температуру древесины на оси оцилиндрованных брёвен для последующего расчёта общего времени прогрева брёвен перед сушкой.

Место проведения работы. Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С. М. Кирова на кафедре технологии лесопиления и сушки древесины.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались на международных и научно-технических конференциях факультета механической технологии древесины Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С. М. Кирова: «Развитие деревянного домостроения в России», СПб., 2001;

«Первичная обработка древесины: лесопиление и сушка пиломатериалов. Состояние и перспективы развития», СПб., 2007; «Первичная обработка древесины: лесопиление и сушка пиломатериалов. Состояние и перспективы развития», СПб., 2008; «Современные проблемы лесозаготовительных производств, производства материалов и изделий из древесины: пиломатериалы, фанера, деревянные дома заводского изготовления, столярно-строительные изделия», СПб., 2009; «Современные проблемы механической технологии древесины», СПб., 2010.

По итогам двух конкурсов на лучшую научную работу 2009 года среди студентов, аспирантов, молодых учёных и специалистов академии две статьи заняли первое и второе места.

Основные результаты апробированы в НП «Научно-образовательный центр МТД» в промышленной сушильной камере финской фирмы Текта Wood, оснащённой системами измерения температуры и влажности древесины.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 статей, в том числе 2 статьи в изданиях рекомендованных ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 104 наименований. Содержит 176 страниц основного текста, 32 рисунка,74 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, раскрыта научная новизна работы, её значимость для теории и практики. Содержатся сведения о структуре и объёме диссертации.

Раздел 1. Состояние вопроса и задачи исследования. Подробный анализ способов сушки круглых лесоматериалов с указанием их достоинств и недостатков показал, что наиболее приемлемым способом является сушка в традиционных конвективных лесосушильных камерах. Применение камерной сушки позволяет получать равномерно высушенные лесоматериалы, уменьшить необработанные запасы лесоматериалов на складе, увеличить гибкость в исполнении заказов за счёт устранения погодного фактора и временных затрат, уменьшить объёмы древесины, поражённой грибами, не допустить изменения цвета древесины, что позволяет проводить отделку деревянных домов прозрачными покрытиями, а также использовать те же сушильные камеры, что и для сушки пиломатериалов.

Наиболее полные обобщения о процессах сушки древесины различными способами, об особенностях механизма перемещения влаги в древесине

и прогрева и сушки крупных сортиментов и пиломатериалов представлены в трудах Н. С. Селюгина, Б. С. Чудинова, Г. С. Шубина,

П. С. Серговского, А. И. Расева, И. В. Кречетова, П. В. Соколова, Н. М. Кириллова, А. Н. Чернышева.

Анализ литературных источников показал, что сушке сортиментов круглого сечения внимания почти не уделялось и режимов сушки их не существует.

Для расчётов продолжительности процессов нагрева и определения поля температуры по уравнениям в критериальном виде необходимо знать коэффициент теплоотдачи а, на который оказывает влияние множество факторов. Коэффициент теплоотдачи определяется, как правило, для конкретных условий теплообмена. Б. С. Чудинов предлагает эмпирические формулы для расчёта коэффициента а при нагревании древесины в газообразной среде в условиях естественной и вынужденной конвекции. Анализ показал, что для условий сушки цилиндрических сортиментов в конвективных камерах, то есть при вынужденной конвекции от газа к шероховатой цилиндрической поверхности, Б. С. Чудинов не приводит формул для определения коэффициента теплоотдачи а. Кроме того, для имеющихся эмпирических формул определения коэффициента теплообмена при вынужденной конвекции не указывается диапазон изменения температуры среды, что затрудняет использование формул в практических расчётах.

Анализ методов расчёта продолжительности сушки круглых лесоматериалов, предложенных П. С. Серговским, Г. С. Шубиным, показал следующее:

- для сортиментов цилиндрической формы метод расчёта продолжительности сушки, подобный укрупнённому методу проф. П. С. Серговского для пиломатериалов, не разработан;

- формулы для расчёта продолжительности сушки цилиндрических сортиментов, рекомендуемые Л. С. Серговским и Г. С. Шубиным, требуют проверки в производственных условиях и уточнения.

Анализ состояния исследуемого вопроса позволил сформулировать следующие задачи исследования:

1. Обосновать параметры сушильного штабеля из оцилиндрованных брёвен по аналогии с трубным пучком коридорного типа;

2. Обосновать скорости воздуха в сушильном штабеле из оцилиндрованных брёвен в период начального прогрева;

3. Определить средний коэффициент теплоотдачи сушильного штабеля из оцилиндрованных брёвен;

4. Определить продолжительность нагрева и прогрева оцилиндрованных брёвен, уложенных в сушильный штабель;

5. Разработать математическую модель процесса начального нагрева брёвен, позволяющую определять температуру на оси оцилиндрованных брёвен.

6. Определить экономическую эффективность внедрения результатов исследований.

Раздел 2. Теоретическое обоснование процесса нагрева круглых лесоматериалов. Цикл сушки в конвективных лесосушильных камерах подразделяется на шесть фаз, имеющих определённое назначение. Схема цикла сушки представлена на рис. 1.

В фазе 1 происходит нагревание агента сушки от начальной температуры 9о до температуры, при которой брёвна будут прогреваться до центра. В фазе 2 происходит прогрев брёвен до центра при постоянной температуре . После прогрева брёвен наступает фаза 3 - сушка брёвен до заданной конечной влажности. После сушки проводится фаза 4 -

Время, ч

- Температура среды 9, "С; — - • — — Температура древесины I, °С

Рис. 1. Схема цикла сушки в конвективных лесосушильных камерах

кондиционирование, назначаемая при необходимости выравнивания влажности по сечению брёвен. После кондиционирования наступает 5-ая фаза -охлаждение агента сушки в камере и заканчивается цикл фазой 6 - окончательным охлаждением брёвен в камере.

При решении задачи нагрева брёвен в условиях начального нагрева агента сушки, а именно влажного воздуха, используется дифференциальное уравнение теплопроводности, которое для цилиндра бесконечной длины в цилиндрической системе координат записывается следующим образом

81(г, т)

Эг

= ах

дЧг, т) 1 дг2 г

5<(г,т) дг

\

(1)

при начальном условии: = г0;

Ы

и граничных условиях: к

5г

= а(в-/г=я); 9 = 90 + г>т;

= 0.

(2) (3)

/■=0

Тепловая схема фазы нагрева (фазы 1) представлена на рис. 2.

д = + Ъх

й

О = Эо + Ъх

Рис. 2. Тепловая схема фазы нагрева Решением дифференциального уравнения теплопроводности (1) для бесконечного цилиндра при краевых условиях (2) и (3) может быть представлено в следующем виде (4)

И=1 Ц/7

(4)

Задача решается в критериальном виде. Для определения распределения температуры в цилиндре в любой момент времени необходимо знать безразмерную температуру 0 как функцию критериев Бо, В! и безразмерной координаты г] = г/К, а температура тела определяется по формуле

ЬЯ

(5)

Критерий Ро определяется по формуле: Ро = (ат,)/Я2, (6)

где Т| - время нагревания среды от начальной температуры 90 до температуры прогрева 9пр, с.

Исходя из граничных условий (3) время нагревания агента сушки т, определяется по формуле: Т[ = (Эпр -90)/6, (7)

где Ь — постоянная, пропорциональная скорости изменения температуры агента сушки, °С/с.

Неизвестной величиной, подлежащей определению, является коэффициент теплоотдачи а, определяемый из соотношения (8)

N4 = ^, (8)

К

где Хв - коэффициент теплопроводности агента сушки при заданной температуре, Вт/(м ■ °С).

Штабель оцилиндрованных брёвен, в соответствии с выдвинутой гипотезой, представляет собой коридорный сжатый пучок труб {рис. 3). По аналогии с трубным пучком, характеристиками штабеля оцилиндрованных брёвен являются поперечный шаг , который зависит от толщины применяемых сушильных прокладок и продольный шаг - расстояние между осями двух соседних рядов брёвен, расположенных один за другим в направлении течения потока агента сушки. Кроме того, штабель также характеризуется диаметром брёвен и количеством рядов брёвен по ходу потока. На рис. 3 показано пять рядов брёвен.

Тогда средний коэффициент теплоотдачи для сортиментов третьего и последующих рядов можно определять по следующим соотношениям:

-припри 11е<Ы0

чЗ

№ = 0,49Яе

0,5.

(9)

- при Ле > 1-105 N11 - 0,19411е0'65. (10)

Коэффициенты теплоотдачи сортиментов первого и второго рядов штабеля определяются путём умножения среднего коэффициента теплоотдачи для сортиментов третьего ряда на поправочные коэффициенты 0,6 и 0,9 соответственно.

Рис. 3. Схема расположения цилиндрических сортиментов в сушильном штабеле в виде коридорного сжатого пучка труб

Средний коэффициент теплоотдачи всего штабеля в целом ашт определяется по формуле

где а], а2,..., а„ - средние коэффициенты теплоотдачи по рядам,

и

Вт/(м • С); Fu F2,..., Fn - площади поверхности теплообмена всех сортиментов в ряду, м2.

Отличием выполненного нами расчёта критерия Рейнольдса Re является учёт кинематической вязкости влажного воздуха v^ в: Re = (uc/)/vB1B , который является агентом сушки в традиционных конвективных лесосу-шильных камерах.

После того, как температура агента сушки в камере достигла заданного значения температуры при прогреве 9пр, начинается 2-я фаза - нагрев

оцилиндрованных брёвен до заданной температуры в центре. Тепловая схема новой задачи представлена на рис. 4.

Начальное и граничные условия записываются следующим образом

vr 9 = const

R

tx-0 ~ to

9 = const

Рис. 4. Тепловая схема фазы прогрева начальное условие: /| = Ц,

dt

■ граничные условия: X

дг

dt

= а(дпр — *г=л); S = const; ^

= 0.

(12) (13)

г-0

Решением дифференциального уравнения теплопроводности (1) для цилиндра при краевых условиях (12) и (13) является уравнение

6 =1 - ÍX^oOvOexpí- i4FO).

(14)

л=1

В условиях прогрева известной температуре на оси сортимента ^ соответствует безразмерная температура 0! = (г - г0)/(Э - г0), а ей соответствует критерий БО]

F0l=j_.lnfvfell

-,. (15)

иг v i-e J

Температуре сортимента в конце фазы прогрева соответствуют параметры В2 и Fo2 . Время т2, которое необходимо затратить на нагревание сортимента в центре от достигнутой температуры до требуемой температуры, равно

AFo • Я2 ....

Ь=-> (16)

где в качестве критерия ДРо выступает разность критериев в конце фазы прогрева Fo2 и в конце фазы нагрева Foi ~ ~ • Искомая продолжительность начального прогрева цилиндрических сортиментов равна сумме времени нагрева Tj и прогрева т2: т12 = т, +т2.

Таким образом, обоснован метод расчёта продолжительности нагрева круглых лесоматериалов уложенных в штабель в условиях вынужденного конвективного теплообмена, базирующийся на двухэтапном решении в критериальном виде дифференциального уравнения теплопроводности, записанного для цилиндра бесконечной длины в цилиндрической системе координат при различных начальных и граничных условиях. Обоснован метод аналитического расчёта величины критерия Рейнольдса с учётом свойств влажного воздуха при определении среднего коэффициента теплоотдачи штабеля круглых лесоматериалов.

Раздел 3. Аналитические исследования процесса прогрева древесных сортиментов цилиндрической формы. В разделе приведены результаты аналитического расчёта направленные:

- на определение параметров теплообмена круглых лесоматериалов в начальный период прогрева при сушке;

- на исследование характера изменения величины среднего коэффициента теплоотдачи штабеля в зависимости от диаметра брёвен и скорости обдува штабеля влажным воздухом;

- на исследование характера изменения полей температуры сортиментов цилиндрической формы в конце фазы начального нагрева воздуха в зависимости от диаметра брёвен и скорости обдува штабеля влажным воздухом;

- на определение общего времени прогрева сортиментов в зависимости от их диаметра и скорости обдува штабеля влажным воздухом;

Исходными данными для аналитического расчёта являются: порода древесины; геометрическая форма сортиментов; диаметр сортиментов; базисная плотность древесины; начальная влажность древесины; начальная температура древесины; температура по сухому термометру и относительная влажность воздуха; скорость повышения температуры воздуха, принимаемая постоянной. Геометрическая форма сортиментов представляет собой круглый цилиндр, форму которого принимают брёвна после их оци-линдровки.

В численных расчётах используется три диаметра оцилиндрованных брёвен: 0,20; 0,25 и 0,30 м, как наиболее употребляемые в строительстве деревянных домов. Длина сортиментов 1,5 м и более обусловливается тем, что она в 5...6 раз превышает наибольший из принятых в расчётах диаметров, что позволяет пренебречь влиянием теплопередачи с торцов брёвен и, следовательно, рассматривать их как безразмерные цилиндры.

Выходными параметрами являются: расчётные значения среднего коэффициента теплоотдачи штабеля; температура древесины на оси сортимента; общее время прогрева сортиментов.

В разделе представлены все необходимые уравнения для определения плотности древесины при данной влажности и плотности древесины в абсолютно сухом состоянии.

Первой решённой задачей, является определение среднего коэффициента теплоотдачи штабеля ашт для диаметров сортиментов 0,20; 0,25 и 0,30 м при изменении скорости воздуха в штабеле в пределах от 0,5 до 2,5 м/с с шагом расчёта 0,5 м/с в фазе начального нагрева воздуха и в фазе прогрева.

В результате расчётов установлено, что все точки, характеризующие расчётные значения коэффициента теплоотдачи при различных условиях обдува штабеля, располагаются на одной прямой, показывающей зависимость числа Нуссельта Ни от критерия Рейнольдса Ке в периоды начального нагрева воздуха и прогрева сортиментов, что позволяет применять формулу (10) к расчётам параметров теплообмена круглых лесоматериалов.

Зависимость числа Ии от числа К с при принятых в расчётах диаметрах цилиндрических сортиментов и скоростях агента сушки представлена на рис. 5.

По приведённому графику определены постоянные безразмерные коэффициенты и записана зависимость (17): N11 = 0,1646-Яе0'656. (17)

2,20 з 2,00 _3> 1,80 1,60

3,60 3,80 4,00 4,20 4,40 4,60 4,80

№

-о-0,20 м (Нагрев) -0-0,25 м (Нагрев) -л-0,30 м (Нагрев) 0,20 м (Прогрев) -*- 0,25 м (Прогрев) -о-0,30 м (Прогрев)

Рис. 5. Зависимость числа Нуссельта от критерия Рейпольдса в периоды начального нагрева воздуха и прогрева круглых лесоматериалов

Выражение (17) позволяет определять средний коэффициент теплоотдачи пятирядного штабеля оцилиндрованных брёвен при изменении их диаметров от 0,20 до 0,30 м при скоростях агента сушки в пределах от 0,5

до 2,5 м/с как на этапе начального нагрева воздуха в камере, так и на этапе прогрева оцилиндрованных брёвен.

На рис. 6 показан характер изменения среднего коэффициента теплоотдачи штабеля от скорости агента сушки и диаметра сортиментов на тех же этапах.

1,0 1,5

^ Скорость агента сушки, м/с

—о— 0,20 м (Нагрев) —о— 0,25 м (Нагрев)

-т*— 0,30 м (Нагрев) 0,20 м(Прогрев)

Рис. 6. Характер изменения среднего коэффициента теплоотдачи штабеля в периоды начального нагрева воздуха и прогрева круглых лесоматериалов

Аналитически определены распределение температуры в цилиндрических сортиментах заданных диаметров в конце фазы начального нагрева воздуха, время, необходимое на нагревание сортиментов до требуемой температуры в центре, и общее время прогрева сортиментов при различных скоростях воздуха в штабеле.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что расчёт продолжительности прогрева сортиментов необходимо проводить, учитывая повышенную температуру сортиментов в конце фазы начального нагрева воздуха в камере, что позволяет уменьшить общее время прогрева и тем самым уменьшить продолжительность цикла сушки. С увеличением диаметра сортименты нагреваются медленнее, а следовательно, увеличивается и общее время нагрева сортиментов, но с увеличением скорости обдува штабеля интенсивность прогрева сортиментов увеличивается, что ведёт к уменьшению времени их прогрева. Анализ результатов расчёта также позволяет утверждать, что увеличение скорости обдува штабеля выше 2,0 м/с не влияет на увеличение интенсивности прогрева сортиментов.

На рис. 7 представлен алгоритм аналитического расчёта общего коэффициента теплоотдачи штабеля круглых сортиментов.

Исходные данные

Рис. 7. Алгоритм аналитического расчёта общего коэффициента теплоотдачи штабеля круглых сортиментов

Раздел 4. Экспериментальные исследования процесса прогрева древесных сортиментов цилиндрической формы. Экспериментальные исследования направлены на проверку адекватности результатов аналитического расчёта продолжительности начального прогрева оцилиндрован-ных брёвен при сушке в конвективной камере.

Экспериментальные исследования процесса прогрева цилиндрических сортиментов проводились в полупромышленной конвективной лесосу-шильной камере периодического действия с поперечно-горизонтальным кольцом циркуляции и автоматизированной системой контроля и управления климатом финской фирмы Jartek Group Оу.

Для определения температурного поля по сечению оцилиндрованных брёвен уложенных в штабель, камера дополнительно оснащена системой измерения температуры на базе измерителя Термодат 22М1 с интерфейсом, обеспечивающим передачу данных от термометра сопротивления Pt\ 00 в компьютер.

Измерение влажности древесины проводилось электровлагомером кон-дуктометрического типа марки Brookhuis с использованием изолированных зондов различной длины.

Скорость потока воздуха в штабеле измерялась анемометром AV-9201 со специально изготовленной насадкой.

Конструкция штабеля для проведения эксперимента представлена на рис. 3, контрольными сортиментами в котором являются брёвна с координатами БЗ и ВЗ. После выпиловки из центра контрольных сортиментов образцов для определения влажности древесины сушильно-весовым методом, в торцы сортиментов устанавливаются датчики температуры Р/100 с длиной рабочей части 100 мм и диаметром гильзы 3 мм продольно оси сортиментов по схемам, представленным на рис. 8.

Для оценки равномерности обдува штабеля заданной конструкции проведено измерение скорости воздушного потока в точках замера, показанных на рис. 9.

а) б)

Рнс. 8. Схема установки датчиков температуры: а) в сортимент ВЗ; б) в сортимент ВЗ

1-1-:-1-1-1-Г" II 1 1 1 1

гу - - .., т^. —тг 1 1 у , К|Я - у ... у (1 1 1 4-., . - • ■ -1--- ±

-ш - ~ -т- 1 1 1 1 <=> -щ - -ф - щ 1 1 1 • 1 II 1 1 А #3 ■ ■ ' Д"" 1 Й!

тр ____, , —ш. . . . 1 1 1 1 1 450 ^ С«)- ■№!'■-■ Й>------- Ы I I 1 1

Рис. 9. Схема измерения скорости воздушного потока по боковой площади штабеля

Нагреву в камере подвергались сосновые оцилиндрованные брёвна диаметром 0,20 м длиной 3,0 м. Варьируемым управляемым фактором в эксперименте является скорость воздуха в штабеле и, область значений которого составляет 1,0; 1,5; 2,0 м/с с диапазоном варьирования (1,0. ..2,0)

м/с. Постоянными факторами являются диаметр одилиндрованных брёвен с1, который фиксируется на уровне 0,20 м и скорость повышения температуры воздуха Ъ, которая фиксируется на уровне 5 °С/ч. Постоянными регистрируемыми факторами являются: начальная температура древесины ¿0 относительная влажность воздуха в камере ф и начальная влажность древесины Щ. Выходными контролируемыми параметрами являются температура на оси цилиндрического сортимента гп и общее время прогрева т12.

Данные о распределении температуры по сечению сортимента, полученные из опыта и в результате аналитического расчёта, представлены в табл. 1, также на рис. 10 при скорости воздуха 1,5 м/с.

Таблица 1

Опытное и вычисленное распределение температуры по сечению сортимента

Скорость воздуха в штабеле о, м/с Температура древесины , °С

опытная вычисленная

г| = 0 Л = 0,5 Л = 1.0 л=о -3 и „о II р-

1,0 28,8 32,0 41,2 23,6 28,0 41,7

1,5 30,9 33,8 41,4 27,2 31,6 45,3

2,0 30,1 32,7 41,2 26,0 30,5 44.9

* > •

( / / / / ✓ /

11 1 > 2 2 1 2 1 : \ 1 ? \ ч ч \ 5 3. 1 3 ) : ) < 1 .! 1 '. 5 -

Ч • ^

Температура Г. "С

' ПС1 удстйту —о ПОСЯ1ШЛ'

Рис. 10. Распределение температуры при скорости воздуха 1,5 м/с

Анализ температурных кривых показывает, что характер распределения температуры в цилиндрическом сортименте, полученный в результате аналитического расчёта, совпадет с характером распределения температу-

ры, определённым опытным путём. Это позволяет утверждать, что предлагаемая методика расчёта температуры и времени прогрева согласуется с физическими закономерностями процесса нагрева цилиндрических тел при вынужденном обтекании конвективными средами. Увеличение скорости воздуха в штабеле приводит к более высокой скорости прогрева цилиндрических сортиментов, что также согласуется с теорией теплообмена. Пересечение расчётных и опытных кривых объясняется тем, что в опыте измерялась температура не поверхности бревна, как учитывается в методике, а температура древесины на расстоянии 2...3 мм от поверхности бревна, что связано с техникой установки датчиков температуры. Поэтому температура на поверхности бревна в опыте меньше той же расчётной температуры, так как к тепловому сопротивлению пограничного слоя добавляется тепловое сопротивление тонкого слоя древесины, отделяющего датчик температуры от внешней среды.

В результате эксперимента получена регрессионная математическая модель в нормализованных переменных

_у = 18,6 + 0,7*, -5,45*2 -0,25*1*2 О8)

и в натуральных переменных

/ц = 40 + 3,9и'-94^-10и</, (19)

при 1,0 < и < 2,0 м/с; 0,20 < с/<0,30 м. позволяющая определять температуру на оси цилиндрических сортиментов, уложенных в пятирядный штабель при скорости воздуха от 1,0 до 2,0 м/с и диаметре сортиментов от 0,20 до 0,30 м с целью сокращения расчётов по определению продолжительности их нагревания в традиционных конвективных камерах.

Полученные в результате расчёта данные (табл. 2) подтверждают, что общее расчётное время прогрева оцилиндрованных брёвен, полученное без учёта изменения температуры древесины на оси сортиментов во время начального нагрева в камере, больше того же времени, полученного с учётом изменения температуры древесины на оси сортиментов в среднем на 6,15 ч или на 31,8%.

Таблица 2

Сравнение общего времени нагрева со| 1ТИМСНТОВ

Номер опыта Скорость воздуха о, м/с Общее время нагрева т12, ч Разница Д

с учётом температуры гц без учёта температуры ^ абсолютная в процентах

1 1,0 14,70 21,21 6,51 30,7

2 1,5 12,84 18,89 6,05 32,0

3 2,0 12,15 18,04 5,89 32,6

Средняя разница 6,15 31,8

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Сушильный штабель оцилиндрованных брёвен является аналогом трубного пучка коридорного типа, характеризующегося диаметром брёвен, количеством рядов брёвен по ходу потока, продольным шагом брёвен -расстоянием между осями двух соседних рядов брёвен, распложенных один за другим в направлении течения потока агента сушки и поперечным шагом, который зависит от толщины применяемых сушильных прокладок.

2. Теоретически обоснован и экспериментально подтверждён метод расчёта процесса прогрева круглых лесоматериалов уложенных в штабель в условиях вынужденного конвективного теплообмена при различных начальных и граничных условиях с учётом свойств влажного воздуха.

3. Применение аналитического метода расчёта процесса прогрева сортиментов цилиндрической формы позволяет определить температуру на оси сортиментов в конце фазы начального нагрева агента сушки в камере и общее время прогрева сортиментов перед сушкой.

4. Разработанный метод расчёта процесса нагрева круглых лесоматериалов позволил установить характер изменения среднего коэффициента теплоотдачи штабеля и его влияния на интенсивность прогрева в зависимости от диаметра сортиментов и скорости агента сушки в штабеле.

5. При проведении аналитических расчётов установлено, что все точки, характеризующие расчётные значения коэффициента теплоотдачи при различных условиях обдува штабеля, располагаются на одной прямой, показывающей зависимость числа Нуссельта № от критерия Рейнольдса 11е в периоды начального нагрева воздуха и прогрева сортиментов, что позволяет применять формулу (10) к расчётам параметров теплообмена круглых лесоматериалов. Результаты расчёта обобщены в зависимость (17), позволяющей производить аналитический расчёт среднего коэффициента теплоотдачи пятирядного штабеля оцилиндрованных брёвен при изменении их диаметров от 0,20 до 0,30 м при скоростях агента сушки в пределах от 0,5 до 2,5 м/с как на этапе начального нагрева воздуха в камере, так и на этапе прогрева оцилиндрованных брёвен.

6. Полученная математическая регрессионная модель, позволяет определять температуру на оси цилиндрических сортиментов для последующего расчёта времени прогрева брёвен в камере.

7. Применение на практике разработанных режимов позволяет сократить время прогрева брёвен перед сушкой на 1,2...2,5 %.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях рекомендованных ВАК

1. АртеменковА. М. Параметры теплообмена круглых лесоматериалов в начальный период прогрева при сушке // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. - Выпуск 188. - СПб.: СПбГЛТА, 2009. - С. 187-198.

2. Артеменков А. М. Методика экспериментального и аналитического определения температуры и времени прогрева оцилиндрованных брёвен // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. - Выпуск 191. - СПб.: СПбГЛТА, 2010. - С. 160-169.

В прочих изданиях

3. Акишенков С. И., Артеменков А. М. Способы сушки круглых лесоматериалов // Развитие деревянного домостроения в России: Материалы Международной конференции, Санкт-Петербург, 5-6 марта 2001 г. -СПб.: СПбГЛТА, 2001. - С. 80.

4. Артеменков А. М., Акишенков С. И. Анализ способов сушки круглых лесоматериалов Н Технология и оборудование деревообрабатывающих производств: Межвузовский сборник научных трудов (юбилейный выпуск). - СПб.: СПбГЛТА, 2003. - С. 170-174.

5. Артеменков А. М. К вопросу об определении коэффициента объёмного заполнения штабеля пиломатериалов в технологических расчётах ле-сосушильных камер // Первичная обработка древесины: Лесопиление и сушка'пиломатериалов. Состояние и перспективы развития / Материалы международной научно-практической конференции 30-31 марта 2007 г. -СПб.: СПбГЛТА, 2007. - С. 68-75.

6. Артеменков А. М. К вопросу об использовании базисной плотности древесины при определении массы удаляемой влаги // Современные проблемы лесозаготовительных производств, производства материалов и изделий из древесины: пиломатериалы, фанера, плиты, деревянные дома заводского изготовления, столярно-строительные изделия. - СПб.: СПбГЛТА, 2009. - Т. 1. - С. 37-41.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 212.220.03 или прислать отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5 Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия имени С. М. Кирова, Учёный совет.

АРТЕМЕНКОВ АЛЕКСЕЙ МИХАЙЛОВИЧ АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 02.11.10. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 1,0. Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 246. С 9 а.

Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТА 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5.

Основные обозначения.

ВВЕДЕНИЕ.

РАЗДЕЛ 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ способов сушки круглых лесоматериалов.

1.2 Анализ режимов сушки круглых лесоматериалов.

1.3 Анализ процессов и явлений, имеющих место при сушке древесины.

1.3.1 Анализ механизма процесса сушки круглых лесоматериалов.

1.3.2 Анализ теплофизических показателей древесины.

1.3.3 Зависимость теплопроводности и температуропроводности от физических свойств древесины.

1.3.4 Анализ методов определения продолжительности сушки круглых лесоматериалов.

1.4 Выводы. Цель и задачи исследования.

РАЗДЕЛ 2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА

НАГРЕВА КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ.

2.1 Анализ цикла сушки круглых лесоматериалов.

2.2 Определение продолжительности нагрева и прогрева лесоматериалов круглого сечения в конвективных камерах.

2.2.1 Постановка задачи нагрева круглых лесоматериалов.

2.2.2 Решение задачи нагрева круглых лесоматериалов.

2.2.3 Определение среднего коэффициента теплоотдачи штабеля круглых лесоматериалов.

2.2.4 Постановка задачи прогрева круглых лесоматериалов.

2.2.5 Решение задачи прогрева круглых лесоматериалов.

2.3 Выводы.

РАЗДЕЛ 3 АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПРОГРЕВА ДРЕВЕСНЫХ СОРТИМЕНТОВ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ

ФОРМЫ.

3.1 Расчёт процессов нагрева и прогрева лесоматериалов цилиндрической формы.

3.1.1 Исходные данные для расчётов.

3.1.2 Обоснование исходных данных, относящихся к древесине.

3.1.3 Обоснование исходных данных, относящихся к агенту сушки.

3.2 Определение параметров теплообмена круглых лесоматериалов в начальный период прогрева при сушке.

3.3 Определение продолжительности начального периода прогрева круглых лесоматериалов при сушке.

3.4 Последовательность расчётов процесса прогрева круглых лесоматериалов.

3.5 Выводы.

РАЗДЕЛ 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПРОГРЕВА ДРЕВЕСНЫХ СОРТИМЕНТОВ

ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ.

4.1 Методика экспериментального исследования.

4.1.1 Описание экспериментальной установки.

4.1.2 Аппаратура и инструменты.

4.1.3 Конструкция штабеля для проведения эксперимента.

4.1.4 Установка датчиков в контрольных сортиментах.

4.1.5 Последовательность проведения эксперимента.

4.2 Результаты исследований и их анализ.

4.2.1 Исследование распределения начальной влажности по сечению контрольных образцов.

4.2.2 Определение скорости потока воздуха в штабеле.

4.2.3 Анализ поля температуры при скорости потока воздуха 1,0 м/с.

4.2.4 Анализ поля температуры при скорости потока воздуха 1,5 м/с.

4.2.5 Анализ поля температуры при скорости потока воздуха 2,0 м/с.

4.2.6 Построение математической модели процесса прогрева оцилиндрованных брёвен.

4.2.7 Определение продолжительности нагрева сортиментов цилиндрической формы без учёта изменения теплового состояния.

4.3 Выводы.

РАЗДЕЛ 5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕКИЙ ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАЗРАБОТОК В ПРОМЫШЛЕННОСТЬ.

5.1 Методика расчёта технико-экономического эффекта от внедрения методики расчёта продолжительности прогрева оцилиндрованных брёвен.

5.2 Расчёт технико-экономического эффекта от внедрения методики расчёта продолжительности прогрева оцилиндрованных брёвен.

5.3 Выводы.

Актуальность темы. В настоящее время в России широко развивается деревянное домостроение с использованием оцилиндрованных брёвен. В связи с этим происходит модернизация существующих и строительство новых предприятий, ориентированных на промышленное производство готовых комплектов деревянных домов из оцилиндрованных брёвен. Кроме домов, оцилиндро-ванные сортименты применяют для строительства зданий социально-культурного назначения. Не смотря на относительную дороговизну таких деревянных строений, они пользуются спросом благодаря своему эстетичному внешнему виду и простоте сборки домов, обеспечивающей высокие темпы их строительства.

Как правило, все оцилиндрованные брёвна, используемые в строительстве, подвергаются атмосферной или искусственной сушке. Производство деталей для домостроения из высушенных оцилиндрованных брёвен увеличивает срок службы таких домов, сводит к минимуму осадку дома в процессе его строительства, позволяет производить пропитку деталей дома различными антисептиками и антипиренами, а также отделку фасадов домов лакокрасочными материалами.

Длительность атмосферной сушки оцилиндрованных брёвен составляет примерно 5.7 месяцев, тогда как искусственная сушка сокращает эту продолжительность более чем в три раза, позволяя уменьшить длительность производственного цикл, способствуя, тем самым, улучшению использования оборотных средств за счёт сокращения запасов брёвен в незавершённом производстве.

Наиболее распространенным в деревоперерабатывающей промышленности способом сушки, как пиломатериалов, так и оцилиндрованных брёвен, является сушка в конвективных камерах.

Анализ априорных сведений показал, что ни в литературе, ни в практической деятельности не представлено обоснование организации технологического процесса сушки оцилиндрованных брёвен и брусьев в конвективных камерах, 6 отсутствуют сведения о порядке расчёта продолжительности прогрева и сушки брёвен и брусьев в условиях вынужденной конвекции воздуха. Задачи прогрева решались в основном для цилиндрических сортиментов при их прогреве в гидрофобных жидкостях и в среде насыщенного пара, теплофизические и термодинамические параметры которых существенно отличаются от тех же параметров воздуха, используемого в качестве агента сушки в конвективных лесосу-шильных камерах. Кроме того, эти задачи решались для единичных цилиндрических сортиментов и поэтому результаты таких расчётов не могут распространяться на сушильные камеры, в которых цилиндрические сортименты уложены в сушильные штабеля. Методика расчёта времени нагрева пиломатериалов неприменима для сортиментов цилиндрической формы.

Таким образом, разработка достоверного и эффективного метода расчёта процесса нагрева оцилиндрованных брёвен с учётом теплофизических характеристик влажного воздуха и древесины является актуальной задачей, имеющей большой научный и практический интерес.

Цель работы. Повышение эффективности конвективных сушильных камер путём сокращения времени нагрева оцилиндрованных брёвен по разработанным рациональным режимам.

Объектом исследования являются оцилиндрованные брёвна из древесины сосны.

Предметом исследования является процесс нагрева оцилиндрованных брёвен, уложенных в сушильный штабель.

Научная гипотеза. Сушильный штабель оцилиндрованных брёвен является аналогом трубного пучка коридорного типа.

Научной новизной обладают: — штабель оцилиндрованных брёвен, рассматривающийся, в отличие от сушильного штабеля пиломатериалов, как трубный пучок коридорного типа с соответствующими характеристиками, что позволило применить разработанные в теории теплопередачи методы расчёта параметров теплообмена таких пучков к штабелю оцилиндрованных брёвен; выявленная закономерность изменения среднего коэффициента теплоотдачи штабеля оцилиндрованных брёвен в зависимости от их диаметра и скорости обдува штабеля позволяет определять значения коэффициента расчётным путём с учётом параметров влажного воздуха и характер распределения температурного поля по сечению брёвен; математическая модель процесса прогрева оцилиндрованных брёвен.

Практическая значимость работы. Разработанная методика расчёта процесса нагрева оцилиндрованных брёвен позволяет: прогнозировать продолжительность прогрева оцилиндрованных брёвен с учётом теплофизических характеристик древесины и влажного воздуха при разработке режимов сушки; разрабатывать программное обеспечение для моделирования процессов тепловой обработки и сушки оцилиндрованных брёвен; используемые в методике принципы расчёта создают предпосылки для разработки автоматических систем управления процессом сушки древесины, исключающих участие человека в проектировании и реализации соответствующих режимов.

Достоверность. Достоверность теоретических положений, выводов и рекомендаций обеспечивается современными методами и средствами научного проникновения: применением теории расчёта трубных пучков для исследования процесса прогрева круглых лесоматериалов; системами измерения температуры и влажности древесины, системами измерения параметров воздуха; обоснованными упрощениями и корректными допущениями при разработке математической модели; подтверждением адекватности разработанной модели и использованных методик расчёта результатами испытаний, выполненных в производственных условиях.

Теоретические, методологические и информационные основы исследования. Теоретическую базу исследования составляют основные положения теории теплопроводности и теплообмена, а также теории сушки древесины.

Исследования базировались на принципах системного подхода с использованием обоснованных методов и методик научного поиска, поверенных оборудования, приборов и средств контроля.

Информационную базу исследования составляют материалы научных исследований, научная, учебная и методическая литература, нормативная документация, материалы отечественных и зарубежных периодических изданий.

Основные научные и практические результаты, полученные лично ав-. тором.

Научные: методика аналитического расчёта продолжительности прогрева оцилин-дрованных брёвен, учитывающая изменение температурного поля по сечению брёвен во времени; алгоритм аналитического расчёта среднего коэффициента теплоотдачи сушильного штабеля оцилиндрованных брёвен, представленного в виде трубного пучка коридорного типа; методика экспериментальных исследований для определения температурного "поля по сечению оцилиндрованных брёвен при прогреве.

Практические: математическая модель процесса начального нагрева брёвен, позволяющая определять температуру древесины на оси оцилиндрованных брёвен для последующего расчёта общего времени прогрева брёвен перед сушкой.

Место проведения работы. Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С. М. Кирова на кафедре технологии лесопиления и сушки древесины.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались на международных и научно-технических конференциях факультета механической технологии древесины Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С. М. Кирова: «Развитие деревянного домостроения в России», СПб., 2001; «Первичная обработка древесины: лесопиление и сушка пиломатериалов. Состояние и перспективы разви9 тия», СПб., 2007; «Первичная обработка древесины: лесопиление и сушка пиломатериалов. Состояние и перспективы развития», СПб., 2008; «Современные проблемы лесозаготовительных производств, производства материалов и изделий из древесины: пиломатериалы, фанера, деревянные дома заводского изготовления, столярно-строительные изделия», СПб., 2009; «Современные проблемы механической технологии древесины», СПб., 2010.

По итогам двух конкурсов на лучшую научную работу 2009 года среди студентов, аспирантов, молодых учёных и специалистов академии две статьи заняли первое и второе места.

Основные результаты апробированы в НП «Научно-образовательный центр МТД» в промышленной сушильной камере финской фирмы Текта Wood, оснащённой системами измерения температуры и влажности древесины.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 статей, в том числе 2 статьи в изданиях рекомендованных ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 104 наименований. Содержит 176 страниц основного текста, 32 рисунка, 74 таблицы.

5.3 Выводы

1. Внедрение разработанной методики расчёта продолжительности прогрева оцилиндрованных брёвен позволило увеличить производительность сушильной камеры и повысить эффективность процесса сушки.

2. Годовой экономический эффект от внедрения результатов расчёта по предлагаемой методике составляет 195 тыс. руб. на одну камеру в сравнении с производственными данными и 98 тыс. руб. в сравнении с результатами расчёта по методике без учёта температуры на оси сортиментов.

1. Сушильный штабель оцилиндрованных брёвен является аналогом трубного пучка коридорного типа, характеризующегося диаметром брёвен, количеством рядов брёвен по ходу потока, продольным шагом брёвен - расстоянием между осями двух соседних рядов брёвен, распложенных один за другим в направлении течения потока агента сушки и поперечным шагом, который зависит от толщины применяемых сушильных прокладок.

2. Теоретически обоснован и экспериментально подтверждён метод расчёта процесса прогрева круглых лесоматериалов уложенных в штабель в условиях вынужденного конвективного теплообмена при различных начальных и граничных условиях с учётом свойств влажного воздуха.

3. Применение аналитического метода расчёта процесса прогрева сортиментов цилиндрической формы позволяет определить температуру на оси сортиментов в конце фазы начального нагрева агента сушки в камере и общее время прогрева сортиментов перед сушкой.

4. Разработанный метод расчёта процесса нагрева круглых лесоматериалов позволил установить характер изменения среднего коэффициента теплоотдачи штабеля и его влияния на интенсивность прогрева в зависимости от диаметра сортиментов и скорости агента сушки в штабеле.

5. При проведении аналитических расчётов установлено, что все точки, характеризующие расчётные значения коэффициента теплоотдачи при различных условиях обдува штабеля, располагаются на одной прямой, показывающей зависимость числа Нуссельта N11 от критерия Рейнольдса Яе в периоды начального нагрева воздуха и прогрева сортиментов, что позволяет применять формулу (2.15) к расчётам параметров теплообмена круглых лесоматериалов. Результаты расчёта обобщены в зависимость (3.6), позволяющей производить аналитический расчёт среднего коэффициента теплоотдачи пятирядного штабеля оцилиндрованных брёвен при изменении их диаметров от 0,20 до 0,30 м при скоростях агента сушки в пределах от 0,5 до 2,5 м/с как на этапе начального нагрева воздуха в камере, так и на этапе прогрева оцилиндрованных брёвен.

6. Полученная математическая регрессионная модель, позволяет определять температуру на оси цилиндрических сортиментов для последующего расчёта времени прогрева брёвен в камере.

7. Применение на практике разработанных режимов позволяет сократить время прогрева брёвен перед сушкой на 1,2. .2,5 %.

1. Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. — М.: Гостехиздат, 1953. -736 с.

2. Акишенков С. И., Артеменков А. М. Способы сушки круглых лесоматериалов: Развитие деревянного домостроения в России: Материалы Международной конференции, Санкт-Петербург, 5-6 марта 2001 г. СПб.: СПбГЛТА, 2001.-88 с.

3. Артеменков А. М. Методика экспериментального и аналитического определения температуры и времени прогрева оцилиндрованных брёвен // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Выпуск 191. - СПб.: СПбГЛТА, 2010.-С. 160-169.

4. Артеменков А. М. Параметры теплообмена круглых лесоматериалов в начальный период прогрева при сушке // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Выпуск 188. - СПб.: СПбГЛТА, 2009. - С. 187-198.

5. Бун Р. С. Просушка столбов из южной сосны для последующей пропитки. — Лаборатория лесопродуктов, Мэдисон. Висконсин.

6. Бурцев С. И., Цветков Ю. Н. Влажный воздух. Состав и свойства: Учебное пособие. СПб.: СПбГАХПТ, 1998. - 146 с.

7. Бызов В. Е., Оправин Г. А. Вакуумно-диэлектрическая сушка бруса. В кн.: Сушка и защита древесины: Научные труды / ЦНИИМОД. - Архангельск, 1985.-С. 76-79.

8. Вакин А. Т. Хранение круглого леса: Изд. 2-е, стереотипное. М.: Лесная промышленность, 1969. -416 с.

9. Варгафтик 77. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Наука, 1972. - 720 с.

10. Воронец Д., Козич Д. Влажный воздух: термодинамические свойства и применение: Пер. с сербохорв. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 136 е., ил.

11. Гольдфарб Э. М. Нагрев тел различной формы газами в прямотоке и противотоке//ЖТФ.- 1954.-Т. 24.-С. 134-145.

12. Гухман А. А. Введение в теорию подобия: Учебное пособие для втузов.- Изд. 2-е, доп. и переработан. М.: Высшая школа, 1973. - 296 с.

13. Дульнее Г. 77Новиков В. В. Процессы переноса в неоднородных средах. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991. - 248 с.

14. Емченко М. 77. Термические коэффициенты древесины / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л.: ЛТА, 1955. -240 с.

15. Жукаускас А., Макарявичюс В., Шланчяускас А. Теплоотдача пучков труб в поперечном потоке жидкости. Вильнюс: Минтис, 1968. — 192 с.

16. Жукаускас А., Улинскас Р. Теплоотдача поперечно обтекаемых пучков труб / Под ред. А. Жукаускаса; АН ЛитССР. Ин-т физ.-техн. пробл. энергетики.- Вильнюс: Мокслас, 1986. 204 е.: ил. - (Теплофизика, 18).

17. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. Изд. 2-е. - М.: Энергия, 1969. - 440 с.

18. Исаченко В. 77., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача: Учебник для вузов. Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Энергия, 1975. - 488 е., с ил.

19. Карслоу Г.у Егер Д. Теплопроводность твёрдых тел. М.: Наука, 1964. -488 с.

20. Карташов Э. М. Аналитические методы в теории теплопроводности твёрдых тел. Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2001. - 550 с.

21. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. 7-е изд. - М.: ГХИ, 1961. - 830 с.

22. Кириллов Н. М. О методе расчёта температуры и времени нагрева сортиментов круглого сечения // Деревообрабатывающая промышленность, 1955. -№ 6. С. 12-13.

23. Кириллов Н. М. Расчет процессов тепловой обработки древесины при интенсивном теплообмене. М.-Л.: Гослесбумиздат, 1959. - 87 с.

24. Киэр Г. А. Будущее камерной сушки: Перевод с англ. Из журнала «Вуд», 1955, июнь, С. 223 226, сделанный Ленинградской ордена Ленина ЛТА им. С. М. Кирова. - М., 1957.

25. Колосовская Е. А., Лоскутов С. Р., Чудинов Б. С. Физические основы взаимодействия древесины с водой. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. -216с.

26. Крейт Ф., Блэк У. Основы теплопередачи: Пер. с англ. М.: Мир, 1983.-512 с.

27. Кротов Е. Г. Фанерное производство. М. - Л.: Гослестехиздат, 1947.

28. Кузнецов Н. В., Щербаков А. 3., Титова Е. Я. Новые расчётные формулы для аэродинамического сопротивления поперечно обтекаемых пучков труб // Теплоэнергетика. 1954. - № 9. - С. 27-31.

29. Кутателадзе С. С. Анализ подобия и физические модели. Новосибирск: Наука, 1986. - 296 с.

30. Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. — Изд. 5-е, перераб. И доп. М.: Атомиздат, 1979. - 416 с.

31. Кутателадзе С. С, Боришанский В. М. Справочник по теплопередаче. Л.-М.: Государственное энергетическое издательство, 1958. — 414 с.

32. Кутепов А. М., Стерман Л. С., Стюшин Н. Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании: Учеб. пособие для втузов. 3-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 1986. - 448 с.

33. Кэйс В. М. Конвективный тепло- и массообмен: Пер. с англ. — М.: Энергия, 1972.-448 с.

34. Лабунцое Д. А. Номограммы для расчёта температурного поля твёрдых тел, охлаждаемых (нагреваемых) в среде с постоянной температурой // Теплоэнергетика. 1958. - № 7. - С. 87-89.

35. Лебедев П. Д. Расчёт и проектирование сушильных установок: Учеб. для высш. техн. учеб. заведений. — М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. — 320 с.

36. Лебедев П. Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки: Учебник для студентов технических вузов. Изд. 2-е, перераб. - М.: Энергия, 1972.-322 с.

37. Лыков А. В. Теория сушки. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1968.-472 с.

38. Лыков А. В. Теория сушки. — М.-Л.: Государственное энергетическое издательство, 1950. 416 с.

39. Лыков А. В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. -600 с.

40. Лыков А. В. Тепломассообмен: Справочник. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1978. - 480 с.

41. Лыков А. В. Явления переноса в капиллярно-пористых телах. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1954. — 296 с.

42. Лыков М. В. Сушка в химической промышленности. М.: Химия, 1970.-432 с.

43. Микит Э. А. Метод определения продолжительности конвективной сушки пиломатериалов // Деревообрабатывающая промышленность, 1966. № 1.-С. 14-16.

44. Миснар А. Теплопроводность твёрдых тел, жидкостей, газов и их композиций. М.: Мир, 1968. - 468 с.

45. Михеев М. А. Основы теплопередачи. Изд. 3-е, перераб. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1956. - 392 с.

46. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е, стереотип. - М.: Энергия, 1977. - 344 е., с ил.

47. Новиков И. И., Боришанский В. М. Теория подобия в термодинамике и теплопередаче. -М.: Атомиздат, 1979. — 184 с.

48. Ошурков Ю. М. Влияние скорости циркуляции агента сушки на тепло-и массообмен // Деревообрабатывающая промышленность. — 1969. — № 11. — С. 9-11.

49. Патякип В. И. Проблема повышения плавучести круглых лесоматериалов. М.: Лесная промышленность, 1976. - 264 с.

50. Пехович А. И., Жидких В. М. Расчеты теплового режима твердых тел. Изд. 2-е, перераб. и доп. - Л.: Энергия, 1976. - 352 с.

51. Пижурин А. А., Розенблит М. С. Исследования процессов деревообработки. М.: Лесная промышленность, 1984. — 232 с.

52. Полыновский Я. ЛБеляков К. И. Теплоотдача и сопротивление поперечно омываемых пучков труб в области малых чисел Яе // Теплоэнергетика. -1954.-№ 11.-С. 27-31.

53. Расев А. И., Шустерман И. Д. Продолжительность сушки круглых лесоматериалов в гидрофобных жидкостях: Экспресс-информ. М.: ВНИПИЭИ-леспром, 1974. - Вып. 4. - 11 с.

54. Ривкин С. ЛАлександров А. А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. службой стандартных справочных данных. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 80 с.

55. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие / Пер. с англ. под ред. Б. И. Соколова. 3-е изд., перераб. и доп. -Л.: Химия, 1982.-592 с.

56. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины. Архангельск: ЦНИИМОД, 1985. - 143 с.

57. Сафонов Н. П. Автоклавно-диффузионная пропитка круглых лесоматериалов с предварительной сушкой в жидкости: Дис. канд. техн. наук. — М.: 1983.-217 с.

58. Себиси Т., Брэдшоу П. Конвективный теплообмен. Физические основыи вычислительные методы: Пер. с англ. М.: Мир, 1987. - 592 с.171

59. Серговский П. С. Влагопроводность древесины // Деревообрабатывающая промышленность, 1955. — № 2. — С. 3 — 8.

60. Серговский П. С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Лесная промышленность, 1968. - 448 с.

61. Серговский П. С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины: Учебник для вузов. — Изд. 3-е, перераб. — М.: Лесная промышленность, 1975.-400 с.

62. Серговский П. С. Исследование влагопроводности и разработка методов расчета процессов сушки и увлажнения древесины: Автореф. дис. д-ра техн. наук. М, 1953. - 42 с.

63. Серговский П. С. О методах расчёта продолжительности сушки древесины. — В кн.: Всесоюзное научно-техническое совещание по сушке древесины. -М.: 1958.-С. 47-73.

64. Серговский П. С. О механизме движения влаги в древесине при конвекционной сушке // Деревообрабатывающая и лесохимическая промышленность, 1954.-№4. -С. 3-8.

65. Серговский П. С. Расчёт процессов высыхания и увлажнения древесины. -М.-Л.: Гослесбумиздат, 1952. 79 с.

66. Серговский П. С., Расев А. И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Лесная промышленность, 1987. — 360 с.

67. Смольский Б. М. Внешний тепло- и массообмен в процессе конвективной сушки. — Минск: Бел. гос. ун-т, 1957. 205 с.

68. Современный эксперимент: подготовка, проведение, анализ результатов / В. Г. Блохин, О. П. Глудкин, А. И. Гуров, М. А. Ханин. Под ред. О. П. Глудкина. - М.: Радио и связь, 1997. - 232 с.

69. Соколов П. В. Сушка древесины. Изд. 3-е, перераб. - М.: Лесная промышленность, 1968. - 364 с.

70. Таблицы физических величин. Справочник / Под ред. акад. И. К. Кикоина. -М.: Атомиздат, 1976. 1008 с.

71. Телегин А. С., Швыдкий В. С, Ярошенко Ю. Г. Тепломассоперенос: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. / Под ред. Ю. Г. Ярошенко. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. - 455 с.

72. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник / Е. В. Аметистов, В. А. Григорьев, Б. Т. Емцев и др.; Под общ. ред. В. А. Григорьева и В. М. Зорина. -М.: Энергоиздат, 1982. 512 с.

73. Термодинамические свойства воздуха / Сычев В. В., Вассерман А. А., Козлов А. Д., Спиридонов Г. А., Цымарный В. А. ГСССД. Серия монографии. - М.: Издательство стандартов, 1978. - 276 с.

74. Торговников Г. И. Использование электромагнитного поля сверхвысоких частот для обработки древесины и древесных материалов / Обзорная информация. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1979. - С. 1 - 32 с табл. Библиогр.: 13 назв.

75. Уголев Б. Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Лесная промышленность, 1986.-368 с.

76. Уголев Б. Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения: Учебник для лесотехнических вузов. — 4-е изд. М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. -340 с.

77. Уонг X. Основные формулы и данные для инженеров: Пер. с англ. / Справочник. — М.: Атомиздат, 1979. 216 с.

78. Хартман К., Лецкий Э., Шеффер В. и др. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов (Пер. с нем. Г. А. Фомина и Н. С. Лецкой / Под ред. Э. К. Лецкого). М.: Мир, 1977. - 552 с.

79. Хейфец Л. И., Неймарк А. В. Многофазные процессы в пористых средах. М.: Химия, 1982. - 320 с.

80. Холпанов Л. П., Шкадое В. Я. Гидродинамика и тепломассообмен с поверхностью раздела. — М.: Наука, 1990. 271 с.

81. Чернышев А. Н. Деформативность древесины круглых тонкомерных сосновых лесоматериалов и режимы их камерной сушки: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Воронеж, 1995.- 17 с.

82. Чолокуа К. Ч. Эффективность ускоренной сушки древесины. Сухуми: Алашара, 1984. - 45 с.

83. Чудипов Б. С. Вода в древесине. Новосибирск: Наука, 1984. - 272 с.

84. Чудипов Б. С. Теоретические исследования теплофизических свойств и тепловой обработки древесины / Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Т.1, 2. Красноярск: Институт леса и древесины, 1966.-490 с.

85. Чудипов Б. С. Теория тепловой обработки древесины. М.: Наука, 1968.-256 с.

86. Шорин С. Н. Теплопередача. М.-Л.: Гос. изд-во лит-ры по строительству и архитектуре, 1952. - 340 с.

87. Шубин Г. С. Исследование влияния начальной обработки (прогрева) пиломатериалов на последующую сушку // Научные труды МЛТИ. М.: МЛТИ, 1975. - Выпуск 73. - С. 32-40.

88. Шубин Г. С. Исследование прогрева древесины перед сушкой и метод расчёта процесса нагревания двумерной пластины. — В сб.: Материалы Всесоюзной научно-технической конференции по интенсификации процессов сушки -М.Минск: 1977.-С. 73-80.

89. Шубин Г. С. О теплообмене в процессе конвективной сушки // Научные труды МЛТИ. М.: МЛТИ, 1969. - Выпуск 21. - С. 170-189.

90. Шубин Г. С. Приближённое решение сопряжённой задачи Стефана. Таблицы и графики для расчёта тепловой обработки цилиндрических сортиментов // Научные труды МЛТИ. М.: МЛТИ, 1981. - Выпуск 117. - С. 61 -66.

91. Шубин Г. С. Сушка и тепловая обработка древесины. М.: Лесная промышленность, 1990. - 336 с.

92. Шубин Г. С. Физические основы и расчет процессов сушки древесины.- М.: Лесная промышленность, 1973. 248 с.

93. Эккерт Э. Р. Введение в теорию тепло- и массообмена: Пер. с англ. И. А. Носенко / Под ред. А. В. Лыкова. — М.-Л.: Государственное энергетическое издательство, 1957. 280 с.

94. Эккерт Э. Р., Дрейк Р. М. Теория тепло- и массобмена. / Пер. с англ.под ред. А. В. Лыкова. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961. - 680 с.175

95. Barnacle, J. E., Christensen, F. J. Boultonizing — a promising seasoning method for some eucalypts // CSIRO Forest Prod. Newslett. 1967. - № 339: 1-2.

96. Christensen F. J. The drying of Round Timbers for Treatment // The Australian timber Journal and Building Products Merchandiser. March, 1969. - Vol. 35. -№ 2, p. 71-79.

97. Christensen, F. J., Barnacle, J. E. Kiln drying of Pinus radiata poles and posts 11 CSIRO Forest Prod. Newslett. 1967. - № 342: 1-3.

98. Christensen, F. J., Barnacle, J. E. Research on pole seasoning in Australia // In Proc. Symp. Preserv. Treat. Wood Poles, Melbourne, 1963. Aust. Telecommunication Monograph № 2.