РОЗДІЛ 2
ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ ПРОВЕДЕННЯ
ТЕПЛОВОЛОГООБРОБОК ПИЛОМАТЕРІАЛІВ
І МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Вступ. Напрямки дослідження закономірностей тепловологообробок
Тепловологообробки описуються складними фізичними явищами перенесення вологи і теплоти в середині матеріалу та вологообміну і теплообміну на його поверхні. Тому, в першу чергу, необхідно проаналізувати закономірності, які описують вказані вище явища для різних за призначенням і видами тепловологообробок.
В процесі сушіння можна виділити три види тепловологообробок, які є окремими технологічними операціями. Це початкове нагрівання матеріалу перед сушінням; проміжкові тепловологообробки; кондиціонуюча тепловологообробка. Всі вони описуються фізичними закономірностями конвективного тепловологообміну на поверхні матеріалу та характеризуються складними явищами тепломасоперенесення в середині матеріалу. При цьому, в процесі початкового нагрівання деревини перед сушінням передача тепла в матеріалі здійснюється за рахунок теплопровідності, а переміщення вологи - за рахунок молекулярної дифузії. В процесах проміжкових і кондиціонуючих тепловологообробок на поверхні матеріалу відбувається конвективний теплообмін, а в середині матеріалу тепло передається, в основному, теплопровідністю, яка доповнюється променевим та конвективним теплообмінами. Наприклад, коли фронт переміщення теплоти досягає однієї поверхні судини (яка не наповнена вологою), то ця бічна поверхня опромінює протилежну стінку, а за допомогою наявної в судинах пароповітряної суміші тепло передається також і шляхом конвекції за рахунок різниці температур в цій пароповітряній суміші. Волога в середині матеріалу переміщується до поверхні за рахунок молекулярної дифузії під дією градієнту вологості, температури і тиску.
Основні напрямки дослідження закономірностей тепловологообробок полягають в математичному представлені рівнянь теплообміну і вологообміну між середовищем і поверхнею матеріалу на основі апроксимації експериментальних залежностей, а також апроксимації експериментальних залежностей нагрівання деревини та переміщення вологи по товщині матеріалу. Якщо відомо значення кількості підведеної до матеріалу теплоти (?Q) за певний час (??) та різницю температур між середовищем і поверхнею матеріалу (tс-tпов), то можна визначити величину коефіцієнта теплообміну (?). Також за відомим значенням кількості підведеної до матеріалу теплоти (?Q) за певний проміжок часу (??) та градієнтом температури по товщині матеріалу ((tпов-tц)/R) можна визначити величину коефіцієнта теплопровідності (?). Таким чином, при складанні методики експериментальних досліджень потрібно знати вхідну характеристику матеріалу: вологість, лінійні розміри, площу поверхні, густину (умовну та при даній вологості) і вид пиломатеріалів за способом випилювання (радіальні та тангентальні дошки). В процесі тепловологообробок потрібно вимірювати температуру та вологість деревини у поверхневих та центральних шарах матеріалу. За допомогою термометрів фіксується зміна температурного поля в деревині, а за допомогою вологоміра - зміна вологості матеріалу в процесі тепловологообробок.
При дослідженні початкового нагрівання деревини перед сушінням як експериментальна установка застосовано лабораторний горизонтальний автоклав АГ-1, а для дослідження проміжкових та кондиціонуючої тепловологообробок - лабораторна експериментальна сушильна установка.
Не менш важливим аспектом дослідження є визначення необхідної тривалості окремих технологічних операцій: початкового нагрівання матеріалу перед сушінням, проміжкових тепловологообробок (при необхідності їх проведення), кондиціонуючої тепловологообробки. Для початкового нагрівання матеріала перед сушінням тривалість процесу може обмежитись досягненням температури деревини в центрі, tд= tс-3 ?С. Інтенсивність початкового нагрівання необхідно обмежити величиною зміни температури за даний проміжок часу (?t/??). Для проміжкових тепловологообробок важливим є вирівнювання вологості по товщині матеріалу до значень менше допустимих [?Ws] величин перепаду вологості за товщиною Wц/Wп < [?Ws] за аналогією з показником TG (Trocknungsgefalle), де TG=/Wр; - середня вологість за перетином матеріалу; Wр - рівноважна вологість на поверхні матеріала. Для кондиціонуючої тепловологообробки доцільно зменшити різницю вологості в центрі (Wц) та на поверхні (Wп) матеріалу (Wц-Wп) до допустимих значень різниці вологості за товщиною матеріалу, які регламентовані КТМ (керівними технічними матеріалами) з технології камерного сушіння пиломатеріалів [27].
2.2. Класифікація тепловологообробок деревини
Основною метою тепловологообробок є зміна фізико-механічних властивостей деревини. До тепловологообробок деревини віднесено дію на неї тепла водяної пари або вологого атмосферного повітря. В процесах теплової обробки деревини використовують також тепло топкових газів, рідин, контактуючих елементів, інфрачервоного випромінювання та електромагнітних хвиль, які в даній роботі не розглядаються.
В процесах сушіння деревини тепловологообробки відіграють суттєву допоміжну роль в інтенсифікації тепломасообміну і підвищенні якості матеріалу. Тому мета тепловологообробок визначається відповідними експлуатаційними вимогами, які ставляться до пиломатеріалів і заготовок.
Тепловологообробка - це дія на деревину підвищених температур і вологості середовища. Фізична суть тепловологообробки полягає в тимчасовому переведенні деревини у високоеластичний стан, коли вона здатна витримати значні деформації без її руйнування. Крім температури і вологості на еластичність деревини великий вплив мають особливості будови (макроструктура) даної породи, вік, сезон заготівлі, місце знаходження зразка в стовбурі та інші фактори. Однак основними факторами, що впливають на процес тепловологообробки, є температура і вологість деревини.
Вплив температури на еластичність деревини пояснюється тим, що зі збільшенням температури збільшується і коливний рух молекул деревної речовини і води,
- Київ+380960830922