LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів


Головна Легка промисловість → Науково-технічні основи конвективно-радіаційного сушіння деревини

вирішення нами такої важливої проблеми, як розроблення неруйнівного експрес-методу контролю напружено-деформівного стану деревини в процесі сушіння на базі оптичних властивостей деревини, які тісно пов'язані зі спектральним діапазоном довжин хвиль, терморадіаційними характеристиками матеріалу (об'єкта сушіння). В свою чергу, оптичні властивості деревини слід враховувати не тільки при виборі температури поверхні генератора залежно від технологічної задачі, але й для розроблення енергоощадних конструкцій сушарок, що базуються на використанні нетрадиційного та екологічно чистого джерела теплової енергії – сонячного випромінювання. Тому, аналізуючи властивості сонячного випромінювання, які відіграють важливу роль в процесах сушіння, карти теплового (радіаційного) балансу території України, а також сучасні конструкції вітчизняних і зарубіжних геліосушарок можна зробити висновок про доцільність, ефективність та перспективність розвитку техніки та технології сушіння масивної деревини на базі використання сонячної енергії, як відновлюваного джерела теплової енергії.

Загальне завдання дослідження полягає в створенні наукових основ конвективно-радіаційного сушіння як масивної деревини, так і плоских листових деревинних матеріалів, які охоплюватимуть комплексну систему „генератор випромінювання – об'єкт сушіння – кінетика й динаміка процесу сушіння – сушильна установка" і забезпечуватимуть розв'язок відповідних задач при діагностиці та прогнозуванні властивостей деревини (об'єкта сушіння або нагрівання) в процесі конвективного та конвективно-радіаційного сушіння.

В другому розділі розглядаються теоретичні основи оптичної діагностики та прогнозування властивостей деревини в тепломасообмінних процесах, які суттєво поглиблюють основні теоретичні положення про взаємозв'язок спектральних коефіцієнтів відбивання, пропускання й поглинання, що визначають процес поширення енергії випромінювання в типовому поглинаючо-розсіювальному матеріалі (деревині), із процесами тепломасоперенесення. Адже при організації процесу сушіння знання терморадіаційних і оптичних властивостей та закономірностей їх зміни, залежно від режимних параметрів, дає можливість вибрати не тільки найбільш раціональний спосіб сушіння та обґрунтувати найкращі умови проведення процесу, але й регулювати та направляти процеси перенесення вологи за рахунок зміни механізму масоперенесення. Тому, технологічне діагностування тепломасообмінних процесів має важливе значення, оскільки за допомогою діагностуючих ознак (параметрів), які характеризують технологічний стан об'єкта сушіння, можна визначити долю накопиченої (акумульованої) деревиною енергії, температурно-вологісні поля в матеріалі і т.п.

У розділі наведено лінгвістичну (словесну) модель діагностики та прогнозування властивостей деревини в процесах сушіння. Система діагностування властивостей деревини в процесі сушіння включає в себе цілу групу діагностичних ознак (параметрів), які в повній мірі визначають технологічний стан матеріалу та дозволяють визначити долю накопиченої променевої енергії, температурно-вологісні поля в об'єкті сушіння. Дослідження полів температури та концентрації потоків випромінювання в сушильних установках, знання терморадіаційних та оптичних властивостей деревини мають велике значення для створення ресурсоощадних технологій та раціональних конструкцій сушарок, які забезпечують найкращі умови протікання процесу сушіння. Це дозволило нам розробити модель конвективно-радіаційного сушіння деревини, що базується на оптичній діагностиці. Останнє реалізовувалось шляхом аналізу виміряних на різних довжинах хвиль спектральних коефіцієнтів відбивання, пропускання та поглинання випромінювання деревиною.

З метою подальшого розроблення фізико-математичних моделей і методів дослідження показників поглинання та розсіювання проведено аналіз диференціальних і інтегральних методів розв'язання рівняння перенесення енергії інфрачервоного випромінювання в деревині. Як показали результати наших досліджень при опроміненні дифузним потоком променів (типовим видом опромінення в промислових конвективно-радіаційних сушарках) найбільш точним є метод двохкомпонентного наближення. Результати наших досліджень показали, що показник заломлення деревини змінюється зі зміною вологості (коливається в межах 1,38...1,52: наприклад, при W=0...5% nl=1,52; W=6...26,7% nl=1,42;W>26,7% nl=1,38...1,40). На основі розрахунків з використанням відповідних аналітичних виразів при заданих значеннях показника заломлення випромінювання деревиною була побудована номограма визначення дійсних значень коефіцієнтів відбивання та пропускання за експериментально виміряними цими ж коефіцієнтами при дифузному опроміненні.

На основі встановлення зв'язків між терморадіаційними характеристиками та узагальненим законом перенесення енергії в світлорозсіювальних і поглинаючих матеріалах синтезовано два методи визначення показників поглинання і розсіювання деревинною речовиною. Перший метод базується на вимірюванні спектральних коефіцієнтів відбивання і пропускання досліджуваних шарів матеріалу при його дифузному опроміненні. Другий метод оснований на вимірюванні коефіцієнтів відбивання і пропускання при направленому опроміненні поверхні матеріалу.

Вивчаючи поле випромінювання в деревині, як об'єкті нагрівання та сушіння, на основі рівняння перенесення можна отримати інформацію, необхідну для визначення оптичних (показників поглинання і розсіювання) параметрів в цілому та інформацію про їх спектральні залежності. В свою чергу, дослідження спектральних змін коефіцієнтів відбивання, пропускання і поглинання (фотометрична задача) тісно взаємозв'язане з визначенням показників ослаблення потоку променів (спектроскопічна задача) при інтегральному і монохроматичному опроміненні матеріалу. Зміна стану поляризації випромінювання при взаємодії з деревиною, коли оптична активність деревинної речовини тісно пов'язана із зміною кількісного вмісту вологи в матеріалі при його сушінні, є джерелом корисної інформації не тільки про її будову, міграцію променевої енергії при сушінні, але й про напружено-деформативний стан матеріалу. Інакше кажучи, при проходженні через світлорозсіювальний матеріал відбите або розсіяне електромагнітне випромінювання завжди несе в собі інформацію про фізичні властивості розсіювальних центрів (макро- і мікрочастинок) матеріалу й оточуючого середовища, концентрацію даних центрів та їх орієнтації. Максимальну повноту інформації про пучок променів електромагнітного випромінювання забезпечує саме математичний опис процесів взаємодії потоку поляризованого випромінювання з об'єктом опромінення (в нашому випадку деревиною).

Відомо, що самі звичайні джерела світла (сонце, плоскі або лінійні генератори променевої енергії) випромінюють некогерентне та неполяризоване світло, яке представляє собою хаотичну суперпозицію незліченної кількості незалежних збурень, кожне з яких характеризується напрямком поширення, довжиною хвилі та станом поляризації. Тому, розгляд рівнянь, які описують різні стани поляризації як в декартових, так і в сферичних координатах, дозволив отримати співвідношення, що зв'язують