содержание материала, тем больше
величина энергии связи.
А. В. Лыков предложил все твёрдые влажные материалы по коллоидно-физическим
свойствам
разделить на три группы [[lxxi]]: капиллярно-пористые, коллоидные и
капиллярно-пористые коллоидные. К капиллярно-пористым коллоидным телам
относятся материалы, в которых для жидкости характерны различные формы связи,
присущие как капиллярно-пористым, так и коллоидным телам.
По А. В. Лыкову [] при большой влажности материала влага перемещается в виде
жидкости. С уменьшением влажности количество влаги, перемещаемой в виде пара,
увеличивается, а при малых значениях влажности перемещение происходит в
основном в виде пара. Для удаления адсорбционно-связанной влаги она должна быть
превращена в пар, после чего начинается перемещение к наружной поверхности
тела. Благодаря работам нидерландских и бельгийских физиков, главным образом
С. Де Грота [[lxxii]], создан новый эффективный метод феноменологического
исследования явлений переноса, называемый термодинамикой необратимых процессов,
или термодинамикой неравновесных состояний. Он позволяет изучать перенос тепла
и массы вещества в их неразрывной связи. В результате вместо отдельных
дифференциальных уравнений движения (Навье-Стокса), переноса тепла (Фурье -
Киргофа), диффузии (Фика) получаем систему дифференциальных взаимосвязанных
уравнений переноса массы и энергии. В развитии термодинамики необратимых
процессов следует отметить работы академика Белорусской Академии наук
А. И. Вейника [[lxxiii]].
А.В. Лыков применил к переносу вещества методы и систему понятий, которые
применяются к явлениям переноса тепла. Тем самым он заложил основы общей
термодинамики переноса, которая рассматривает названные явления в их
неразрывной связи, т. е. так, как они протекают в действительности. По аналогии
с тепловым потенциалом (температурой) Т исследователь ввёл понятия единого
потенциала переноса влаги q [[lxxiv]]. По аналогии с удельной теплоёмкостью cq
– понятие удельной изотермической массоёмкости (влагоёмкости) cm. Использование
обобщающего параметра - потенциала влажности – дало возможность проводить
анализ процесса сушки многослойных систем. При заданных параметрах на
поверхности верхнего слоя можно определять влагосодержание отдельных слоёв.
Вопросу единого потенциала переноса влаги посвящены работы ряда исследователей
(А. В. Лыкова, В. О. Эстровича, В. Н. Богословского, А. М. Микшера и др.),
которые предложили экспериментальные методы определения потенциала переноса.
А. В. Лыковым установлено явление термодиффузии влаги (термовлагопроводность),
что совместно с концентрационной диффузией послужило основой для создания
системы дифференциальных уравнений влаго- и теплопереноса в капиллярно-пористых
телах [[lxxv]]. Эта система дифференциальных уравнений влаго- и теплопереноса
находится в полном согласии с основными положениями термодинамики необратимых
процессов, где процессы переноса тепла и массы рассматриваются в неразрывной
связи.
Решение такой системы дифференциальных уравнений представляет большие
математические трудности, поэтому в большинстве случаев применяются численные
методы решения с использованием современных компьютеров. Однако в некоторых
частных случаях тепло- и массопереноса эта система дифференциальных уравнений
может быть решена до конца. С целью обобщения полученных результатов и
уменьшения трудоёмкости решения уравнений и определения влияния отдельных
факторов не порознь, а всовокупности за счёт перехода от обычных физических
величин к величинам комплексного типа, уравнения тепло- и массопереноса
представлены в безразмерной форме с использованием работ
А. А. Гухмана [[lxxvi]] и М. А. Кирпичёва [].
Аналитические решения одномерной системы уравнений тепло- и массопереноса при
граничных условиях третьего рода для полной системы уравнений были получены
А. В. Лыковым и Ю. А. Михайловым [[lxxvii][lxxviii][lxxix]-[lxxx]], Н. И.
Гамаюновым [[lxxxi]], А. П. Прудниковым [[lxxxii], [lxxxiii]]. Частные случаи
решения неполной системы уравнений рассмотрели А. В. Лыков [[lxxxiv]], Ю. А.
Михайлов [[lxxxv]], Ф. М. Полонская [[lxxxvi]] и М. С. Смирнов [[lxxxvii],
[lxxxviii]]. Влияние на процесс тепло- и массообмена отдельных критериев
теплового и массового подобия было исследовано А. В. Лыковым [, [lxxxix]],
Ю.А. Михайловым [[xc], [xci]], П. Д. Лебедевым [[xcii]].
Однако теория тепло- и массопереноса разработана А. В. Лыковым для условий
постоянных потенциалов или меняющихся по заданному закону в неподвижной среде.
Аналитические решения получены в предположении постоянства коэффициентов влаго-
и теплопереноса и термодинамических характеристик. Поэтому А. В. Лыков
рекомендовал для использования решений весь процесс сушки
разделить на
отдельные зоны, в каждой из которых коэффициенты влаго- и теплопереноса,
термодинамические характеристики считались постоянными для данного интервала
влагоёмкости материала и температуры теплоносителя. Кроме того, в предлагаемых
уравнениях не учитывается возможная конденсация влаги по мере прохождения
агента сушки через толстый неподвижный слой и соответственно снижение его
температуры и повышение влагосодержания.
Потенциалы тепло- и массопереноса в процессах, протекающих в современных
сушилках, претерпевают значительные изменения. Поэтому математические модели,
разработанные А. В. Лыковым, должны быть доработаны. В
году А.В. Лыков [[xciii]], отмечая перспективы развития теории тепло- и
массопереноса в теории сушки, подчеркнул, что дальнейшие исследования по тепло-
массообмену должны проводиться при переменных параметрах внешней среды.
В работах З. Ю. Мазяк [[xciv]] составлены математические модели процессов
конвективной сушки на основе системы дифференциальных уравнений тепло- и
массопереноса, а граничные условия выбраны с помощью уравнений материального и
теплового балансов, составленных для потоков обрабатываемого материала и среды.
Модели наиболее близки по своему замыслу к процессам сушки в шахтных сушилках и
трубах-сушилках. Однако ряд неточностей при выводе уравнений и сложность
полученных результатов не позволяют их использовать в виде, полученном автором.
Кроме того, тепло- и влагообменные характеристики обрабатываемого материала
принимаются на протяжении процесса сушки постоянными; нет окончательных
уравнений, описывающих процесс сушки в первый ее период; не рассматривается
вариант неподвижного материала и омывающего агента сушки.
Математическим моделированием процесса сушки зерна занимались Л. В. Колосов,
Б. И. Котов [[xcv][xcvi]-[xcvii]], С. К. Манасян, Н. В. Цугленок [[xcviii],
[xcix]], В. И. Жидко, Г. С. Окунь, Н. В. Остапчук, В. А. Резчиков,
Г. А. Ровный, А. Г. Чижиков и др. Однако морфологическое строение семян
подсолнечника и его технологические свойства значительно отличаются от строения
и технологических свойств семян зерновых, поэтому математическая модель сушки
семян подсолнечника должна отличаться от модели сушки семян зерновых культур.
Ряд исследователей (Хэкилл, Кофейд, Окунь и др.) [[c]] при анализе процесса
сушки зерновой массы исходили из того, что любой толстый слой можно представить
как сумму тонких слоёв, закономерность испарения влаги из которых близка к
уравнению скорости сушки элементарного слоя. Недостатком этих методов является
базирование расчётов на эмпирических зависимостях, полученных в определенных
условиях и имеющих соответственно ограниченную область применения. Получение
необходимых эмпирических зависимостей требует больших экспериментальных
исследований.
Для изотермических условий или при небольшом градиенте температуры в
пограничном слое в качестве потенциала переноса пара можно принять его
парциальное давление. Тогда интенсивность испарения влаги с поверхности
материала в первый период сушки выражается уравнением, аналогичным уравнению
интенсивности испарения воды со свободной поверхности (формула Дальтона) [].
В общем виде влагообмен между телом и окружающей средой характеризуется
влагообменным критерием Нуссельта, который можно определить по формуле А.В.
Нестеренко [[ci]]. Поскольку в период постоянной скорости сушки температура
материала неизменна, то всё тепло идёт на испарение влаги
Анализ применяемых методов расчёта сушильных установок показал, что их можно
разбить на четыре группы [[cii]]:
1. Приближённые инженерные расчёты по нормативам или эмпирическим формулам
применяются при выборе типового оборудования.
2. Статические инженерные методы расчёта относятся к постоянной скорости
процесса сушки. Обычно эти расчёты проводятся на основе балансовых уравнений с
использованием I-d диаграммы, что правомочно для первого периода сушки.
3. Кинетические расчёты отражают кинетику процесса сушки в реальных конкретных
условиях. Эти расчёты базируются, с одной стороны, на балансовых уравнениях
теплоты и влаги, с другой – на уравнениях кривых сушки в первом и втором
периоде. По эти методам определяется продолжительность сушки. К ним относятся
методы, предложенные Г. К. Филоненко, А. В. Лыковым, В. В. Красниковым,
Н. Ф. Докучаевым и М. С. Смирновым, О. Кришером, Резчиковым и А. С. Гинзбургом
и др.
4. Динамические расчёты основываются на системе дифференциальных уравнений,
описывающих изменение температуры и влагосодержания в локальных точках объекта
сушки.
Научные основы сушки семян подсолнечника разработаны В. В. Белобородовым,
Ф. Г. Гоголевым, В. А. Дидуром, М. И. Игольченко, В. К. Костенко, В. М.
Копейковским, Б. Н. Кириевским, В. К. Предтеченским, В. Г. Щербаковым и др.
Для сушки семян подсолнечника применяют в основном два направления составления
математических моделей процесса сушки: получение критериальных уравнений тепло-
и влагопереноса на основании экспериментальных данных и определение
продолжительности сушки по расчётным уравнениям, полученным при обработке
результатов лабораторных исследований.
В монографии В. В. Белобородова [] с общих позиций теории сушки были
проанализированы кривые сушки, скорости сушки и температурные кривые семян
подсолнечника в неподвижном продуваемом слое. Анализ результатов
экспериментальных исследований сушки семян подсолнечника в неподвижном слое с
помощью методов теории подобия позволил из уравнений тепло- и массопереноса
обосновать критериальные уравнения для переноса влаги и тепла в общем
виде [] Конкретные значения функций, необходимые для расчётов, могут быть
получены только при обработке данных соответствующим образом поставленных
опытов.
В результате проведенных экспериментальных исследований сушки семян
подсолнечника в кипящем слое Б. Н. Кириевский [[ciii], [civ]] определяет
среднюю скорость сушки в зависимости от массовой скорости сушильного агента и
его температуры. В работе [[cv]] на базе лабораторных, экспериментальных и
теоретических исследований получены расчётные уравнения для определения
продолжительности процесса сушки семян подсолнечника в кипящем слое с
конвективно-радиационным подводом тепла и с учётом максимально допустимой
температуры нагрева семян.
Предлагаемые разными авторами зависимости носят эмпирический характер и не
могут учитывать всех особенностей процесса, тем более сортовых особенностей
семян.
Применение предлагаемых критериальных и дифференциальных уравнений для описания
процесса сушки семян подсолнечника ограничено рядом причин. Обычно все
коэффициенты влаго- и теплопереноса и термодинамические характеристики зависят
от влагосодержания и температуры тела. Для семян подсолнечника эти коэффициенты
и характеристики зависят ещё от сорта, гибрида и химического состава.
Теплообменные характеристики определены для слоя семян подсолнечника конкретных
сортов с определённым химическим составом.
Семена подсолнечника (семянка) как объект сушки представляет собой
капиллярно-пористую трёхслойную систему: наружная (плодовая) оболочка -
воздушная полость - ядро (семядоли). Слои семянки по природе являются
коллоидными, а по структуре - капиллярно-пористыми материалами. Составляющие
семянки имеют все виды связи влаги с сухим скелетом. На различных этапах сушки
основную роль играет тот или иной вид связи. При термодинамическом равновесии
влажность оболочки почти в раза выше влажности ядра. Трудности при изучении
влагопереноса вызваны анатомических строением семянки, так как анализ изменения
влажности оболочки и ядра не даёт представления о характере перераспределения
между морфологическими частями масличных семян [, ].
Для упрощения задачи при разработке математической модели семянка подсолнечника
рассматривалась как сплошной шар с эквивалентным диаметром и однородными
теплофизическими и термодинамическими свойствами.
Использование понятия единого потенциала влагопереноса,
введенного А.В. Лыковым, позволяет рассматривать семянку как многослойное тело
(оболочка, воздухоносная полость и ядро) с различными термодинамическими и
теплофизическими свойствами. Аналитическое определение нестационарных полей
потенциалов переноса в многослойных системах связано с большими математическими
трудностями, поэтому список
- Київ+380960830922