Режимы сушки древесины и их рациональная реализация

Для исключения растрескивания древесины из-за возникающих в процессе сушки внутренних напряжений целесообразно осуществлять переход от одной ступени сушки к другой при определенной переходной влажности в определенных зонах штабеля. Щоб виключити розтріскування деревини через внутрішні напруження у п...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Промышленная теплотехника
Дата:2007
Автор: Шубин, Г.С.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Інститут технічної теплофізики НАН України 2007
Теми:
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61285
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Режимы сушки древесины и их рациональная реализация / Г.С. Шубин // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 5. — С. 50-56. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859822093228572672
author Шубин, Г.С.
author_facet Шубин, Г.С.
citation_txt Режимы сушки древесины и их рациональная реализация / Г.С. Шубин // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 5. — С. 50-56. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Промышленная теплотехника
description Для исключения растрескивания древесины из-за возникающих в процессе сушки внутренних напряжений целесообразно осуществлять переход от одной ступени сушки к другой при определенной переходной влажности в определенных зонах штабеля. Щоб виключити розтріскування деревини через внутрішні напруження у процесі сушіння, доцільно переходити від одного ступеня сушіння до другого при певній перехідній вологості у визначених зонах штабелю. It is shown that for prevention of wood checking because of excessive drying stresses transition from a step on a step is expedient for carrying out at the certain transitive moisture content in specific zones of a stack.
first_indexed 2025-12-07T15:26:29Z
format Article
fulltext Сушка древесины – процедура весьма дли; тельная, трудоемкая и сложная, во время суш; ки древесины в ней возникают внутренние на; пряжения, которые часто приводят к растрескиванию пиломатериалов. Чтобы ис; ключить это, необходимо сушить древесину по отработанным режимам сушки и правильно их осуществлять. Одному из вопросов данной проблемы – установлению места в штабеле (по его ширине), по влажности в котором целесо; образен переход режима сушки от одной ступе; ни сушки к другой, посвящена эта статья. 50 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 5 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ Щоб виключити розтріскування де$ ревини через внутрішні напруження у процесі сушіння, доцільно переходити від одного ступеня сушіння до другого при певній перехідній вологості у визна$ чених зонах штабелю. Розв’язано оптимізаційну задачу, що дає змогу визначити при яких значеннях перехідної вологості та швидкостях повітря та нереверсивній циркуляції за$ безпечується мінімальна тривалість процесу із збереженням цілісності ма$ теріалу. Для исключения растрескивания древесины из$за возникающих в про$ цессе сушки внутренних напряжений целесообразно осуществлять переход от одной ступени сушки к другой при оп$ ределенной переходной влажности в определенных зонах штабеля. Решена оптимизационная задача, позволяющая определить при каких значениях переходной влажности и ско$ ростях воздуха при нереверсивной цир$ куляции обеспечивается минимальная продолжительность процесса при со$ хранении целостности материала. It is shown that for prevention of wood checking because of excessive drying stresses transition from a step on a step is expedient for carrying out at the certain transitive moisture content in specific zones of a stack. The optimization problem allowing to define at what values of transitive moisture content and air velocity at not reversive cir$ culation the minimal duration of drying is provided at preservation of integrity of a material is solved. УДК 674.047 ШУБИН Г.С. Московский государственный университет леса, Россия РЕЖИМЫ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ И ИХ РАЦИОНАЛЬНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ С – удельная теплоемкость; E – модуль упругости; Pп – давление пара; Rпр – половина толщины зазора между пластина; ми по высоте пакета (половина толщины прокладки для штабеля); Rп – газовая постоянная пара; S – толщина пластины; T, t – температура; u – влагосодержание; W – влажность; – среднее по сечению пластины значение влажности; Wр – равновесная влажность; z – координата в направлении движения воздуха; Zк – целевая функция; α – коэффициент теплообмена; α′ – коэффициент влагообмена; αу – коэффициент усушки; ρ – плотность; σ – внутренние напряжения; τ – время; ϕ – степень насыщенности среды; ω – скорость циркуляции воздуха. Индексы: к – конечное значение; 0 – сухое тело, начальное состояние; п – пар, поверхность; пер – переходная; пн – пар насыщенный; с – среда; ф – фактическое значение; ц – центр; 1, 2, 3, 4, 5 – номера зон в пакете (штабеле); i = 1, 2, 3, … m – порядковый номер; j = 1, 2, 3,… n – порядковый номер. W Вопрос этот до настоящего времени научно не обоснован. Постановка задачи имеется лишь в нашей работе [1]. В процессе сушки состояние среды и влаж; ность древесины неодинаковы по объему штабе; ля и изменяются во времени τ. По ходу движения воздуха температура среды tс падает, а степень ее насыщенности ϕ и влажность древесины W воз; растают. С течением времени tс в каждой зоне штабеля увеличивается, а ϕ и W – уменьшаются. Схематически такой характер изменения параме; тров среды и материала изображен на рис. 1, где индексы 1, 2, 3, 4 при τ характеризуют время в моменты 1, 2, 3, 4 (штабель условно разбит на 5 зон по ходу движения воздуха – в направлении z). Режим сушки в камерах периодического дей; ствия включает несколько ступеней (при основ; ном низкотемпературном процессе сушки: по мягкому, нормальному и форсированному режи; му – 3 ступени [2, 3]), на которых tc и ϕ у входа воздуха в штабель принимаются постоянными и переход от одной ступени к другой осуществляет; ся при определенной, так называемой переход; ной влажности пиломатериалов Wпер. Величина последней устанавливалась при разработке ре; жимов сушки и связывалась с величиной возни; кающих в древесине внутренних напряжений σ, которые как раз и зависят от состояния среды (tc и ϕ) и материала (в основном – W ). Это означает, что на каждой ступени режима рекомендуемые величины tc и ϕ обеспечивают требуемую безопасность древесины при данной переходной влажности и, наоборот, более жест; кие условия среды опасны и могут вызывать чрезмерные внутренние напряжения и растрес; кивание материала. В связи с этим возникает ряд проблем и, в частности, проблема установления места в штабеле, по влажности пиломатериалов в котором следует осуществлять переход от одной ступени режима к другой. В руководящих материалах по камерной суш; ке (РМ и РТМ) [2,3] не указывается, в каком ме; сте штабеля должна быть достигнута Wпер для пе; рехода к следующей ступени режима сушки. Вместе с тем совершенно очевидно, что этот во; прос прямо связан и с безопасностью материала, и с длительностью процесса. Если переходить от ступени к ступени режима по влажности в наибо; лее медленно сохнущей зоне (наиболее удален; ная от входа воздуха, при нереверсивной цирку; ляции – зона 5, рис.1), то безопасность материала будет обеспечена, но длительность процесса сушки будет наибольшей. Если же пе; реходить от ступени к ступени по зоне с мини; мальной влажностью древесины W (1;ая зона), то для других зон, имеющих более высокие значе; ния W, состояние среды в них, будучи более мяг; ким, может, тем не менее, оказаться более жест; ким, чем рекомендуется режимами сушки для данной влажности древесины, и, следовательно, недопустимым, хотя сроки сушки в этом случае будут минимальными. Вместе с тем, это может быть и не так вследствие того, что хотя влаж; ность древесины по ходу движения воздуха уве; личивается, но и режим сушки смягчается, и он может оказаться приемлемым. Конкретный от; вет на поставленные вопросы может дать только анализ реального состояния среды и материала по объему штабеля и во времени. Решение зада; чи оказывается, таким образом, неоднозначным, она может быть сформулирована как оптимиза; ционная: Целевая функция: . (1) Ограничения: , (2) . (3)ф wϕ ≥ ϕ cф cwt t≤ minkZ = τ → ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 5 51 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ Рис. 1. Схема изменения tc, ϕ и W по объему штабеля и во времени τ. Для решения оптимизационной задачи была использована известная система уравнений тепломассопереноса А.В. Лыкова, которую мы здесь опускаем, дополненная полученными на; ми [1] балансовыми дифференциальными урав; нениями изменения состояния среды по ходу движения агента сушки. Эта дополнения имеют вид: , (4) (5) Дополнительно ввели также уравнения изме; нения внутренних напряжений в пиломатериа; лах при сушке: , (6) (7) Уравнение (7) соответствует принятому Б.Н. Уго; левым с соавторами в работе [4] с той лишь раз; ницей, что коэффициент усушки αу внесен в уравнении (7) под знак суммы, так как он может приниматься постоянным при u < uпн и равным 0 при u > uпн. Для численного решения нелинейной систе; мы уравнений использовалась составленная по ней программа расчетов на ЭВМ. Оптимизационная задача решалась методом перебора вариантов. Расчеты велись по рекомен; дуемым [2, 3] 3;х ступенчатым режимам сушки с фиксацией значений изменяющихся по ходу движения воздуха в штабеле температуры среды, степени ее насыщенности, равновесной влажно; сти, а также влажности, температуры, внутрен; них напряжений и пределов прочности древеси; ны на поверхности и в центре пластины. Наибольший интерес представляет анализ вопроса для случаев интенсивной сушки, когда из; менение параметров среды по объему штабеля наи; более существенно. В связи с этим рассчитывалась: а) сушка тонких сосновых пиломатериалов при нормальных режимах, S = 22 мм, переходных влажностях Wпер = 30% и 20% (рекомендации РМ [2]) и скорости циркуляции ω = 1 м/с, а также, б) сушка при S = 25 мм, Wпер = 35%, 25% (реко; мендации РТМ [3]), и скорости циркуляции ω = 1,2 и 4 м/с. Расчеты велись при переходе от ступени к сту; пени режима сушки последовательно по пере; ходной влажности Wпер в 1;ой, 3;ей и 5;ой зонах штабеля (первый номер присвоен зоне, ближай; шей к входу воздуха в штабель). Во втором слу; чае (S = 25 мм) имелось в виду проанализировать влияние скорости воздуха на процесс сушки. Вы; бор рациональной зоны штабеля по влажности, в которой целесообразно производить переход от ступени к ступени режима сушки, зависит от ха; рактера циркуляции и наиболее важен при нере; версивной циркуляции, которая далее и рассмат; ривается. Пример графиков процесса приведен на рис. 2. (режим Н, Wпер – 30% и 20%) В табл. 1, 2 и 3 приведены полученные расче; том на ЭВМ для условий сушки нормальным ре; жимом при S = 22 мм, Wпер = 30% и 20% и ω = 1 м/с фактические влажность пиломатериалов Wф и состояние среды (tcф и ϕф) в каждой из зон штабе; ля при переходе от 1;ой ступени ко 2;ой и к 3;ей ступени режима сушки по переходной влажности Wпер в 5;ой, 3;ей и 1;ой зонах штабеля. Здесь же в табл. 1 – 3 приведены значения (tcw и ϕw), кото; рые рекомендуются в соответствии с режимами для данной влажности пиломатериалов [2]. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) у у 1 1 1 , , , , m i i j j i j m i i i i i j jm i i i u u u u E u t E u t E u t E u t = = = ⎧ ⎡ ⎤α Δ − α Δ⎪ ⎣ ⎦⎪Δσ = ×⎨ ⎪ ⎪⎩ ⎫ ⎪⎪× ⎬ ⎪ ⎪⎭ ∑ ∑ ∑ 1n n j j j +σ = σ + Δσ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 п р пр пн cпн c c пн c c пн c 273( ) 273 ( ) 273 1 ( ) u u Z R tP t t P t Z Z t P t ′ ⎡ ⎤α ρ τ − τ∂ϕ τ ⎣ ⎦= − ϕ× ∂ ωρ ⎛ ⎞∂ +∂ + −⎜ ⎟∂ ∂⎜ ⎟× × +⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ × ( ) ( ) ( )п сc пр с с t tt Z R С ⎡ ⎤α τ − τ∂ τ ⎣ ⎦= ∂ ωρ 52 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 5 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ . . Из анализа табл. 1 следует, что, как и можно было ожидать, при переходе от ступени к ступени по влажности самой медленно сохнущей зоны фактическое состояние среды по всему объему штабеля оказывается приемлемым (во всех зонах штабеля tcф < tcw и ϕф > ϕw). При переходе по влажности в 3;ей зоне (табл. 2) и в 1;ой зоне (табл. 3) ко 2;ой ступени режима сушки состояние среды в каждой зоне штабеля оказывается допустимым (tcф < tcw и ϕф > ϕw). При переходе же к 3;ей ступени режима сушки по влажности как в 3;ей, так и в 1;ой зонах штабеля со; стояние среды получается более жестким, чем это рекомендуется режимом сушки (tcф > tcw и ϕф < ϕw), и, следовательно, опасным для безопасности ма; териала: в первом случае в зонах 4 и 5 и во втором – в зонах 2, 3, 4, 5. При этом переход по влажности в 3;ей зоне создает недопустимое состояние сре; ды лишь в 4;ой и 5;ой зонах, а переход по влаж; ности в 1;ой зоне – во всех зонах штабеля, кроме первой. Проанализируем продолжительность сушки во всех приведенных случаях (табл. 4), нормаль; ный режим сушки, S = 22 мм, Wпер – 30% и 20% и ω = 1 м/с. Из табл. 4 видим, что переход ко 2;ой и 3;ей ступени режима сушки (по влажности в 3;ей зо; не) сокращает продолжительность процесса по сравнению с переходом по влажности в 5;ой зоне от 22% (в 4;ой зоне) до 38% (в 1;ой зоне). При пе; ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 5 53 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ Та б л . 1 . Переход от ступени к ступени по влажности Wпер в 5;ой зоне Та б л . 2 . Переход от ступени к ступени по влажности Wпер в 3;ой зоне Та б л . 3 . Переход от ступени к ступени по влажности Wпер в 1;ой зоне реходе по влажности в 1;ой зоне, это сокращение еще больше: 64% – в 1;ой зоне и 53% – во 2;ой зоне. Результаты расчета на ЭВМ показывают, что W древесины, равное W = 20%, достигается при переходе к 3;ей ступени режима сушки по влаж; ности в 1;ой зоне через 12,5 часов. В 5;ой зоне в это время влажность составляет 70%, а W = 20% достигается при τ = 18,5 часов. Следовательно, в 5;ой зоне процесс отстает от 1;ой зоны на 6 часов (18,5…12,5). Если внести этот корректив в расчеты, то, как следует из табл. 4, об; щая продолжительность процесса (до Wк = 10%) при переходе ко 2;ой ступени по влажности в 1;ой зоне, а к 3;ей ступени по влажности в 5;ой зоне приближенно составит: в 1;ой зоне 15,5 + 6 = 21,5 ч, во 2;ой зоне 17,0 + 6 = 23 часа. По сравнению с переходом ко 2;ой и 3;ей ступеням режима по влажности в 5;ой зоне экономия во времени со; ставит 18,6% в 1;ой зоне и 13% – во 2;ой зоне. Важные результаты были получены при иссле; довании влияния скорости циркуляции щ на оп; ределение зоны в штабеле, по влажности в кото; рой следует переходить от ступени к ступени режима сушки. Как отмечалось выше, расчеты на ЭВМ при разных ω велись для сушки сосновых пиломатериалов толщиной 25 мм по нормально; му режиму при скоростях циркуляции ω = 1,0; 2,0; и 4,0 м/с и переходных влажностях Wпер = 35 и 25% (рекомендации РТМ [3]). Переход ко 2;ой 54 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 5 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ Рис. 2. Пример графиков процесса сушки при нереверсивной циркуляции во 2#ой зоне штабеля. Переход от ступени к ступени режима сушки по влажности в 3#ей зоне. Сосна, S = 22 мм. Та б л . 4 . Продолжительность сушки (τ, ч) до Wк = 10% и 3;ей ступеням режима в расчетах производился при всех скоростях циркуляции по влажности пиломатериалов в средней (3;ей) зоне. Итоговые данные по фактической влажности пиломатериалов и состоянию среды в каждой зоне штабеля при нормальном режиме и S = 25 мм [3] приведены в табл. 5 (а, б, в,). В них же содержатся температура среды (tcw) и степень ее насыщенности (ϕw), соответствующие по режимным рекоменда; циям [3] фактической влажности в зоне штабеля. Анализ табл. 5 показывает, что увеличение скорости циркуляции делает более оправданным переход от ступени к ступени режима по влажно; сти более медленно сохнущей зоны. Как и в слу; чае рассмотренной выше сушки пиломатериалов толщиной 22 мм, переходных влажностях 30 и 20% (рекомендации [2]) и скорости циркуляции 1,0 м/с, так и в данном случае (толщина 25 мм, пе; реходные влажности 35 и 25%, та же скорость циркуляции) переход ко 2;ой ступени возможен по влажности в 3;ей зоне, а переход к 3;ей ступени ре; жима по влажности в 3;ей зоне оказывается опас; ным для пиломатериалов, находящихся в зонах 4 и 5. Здесь фактические температуры (tcф = 100 и 95 оС) оказываются существенно выше регламентируе; мых по данной влажности (tcw = 84оС) и, что осо; ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 5 55 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ Та б л . 5 . Переход от ступени к ступени режима сушки по влажности Wпер в 3;ой зоне а. Скорость циркуляции ω = 1,0 м/с б. Скорость циркуляции ω = 2,0 м/с в. Скорость циркуляции ω = 4,0 м/с бенно опасно, здесь фактические степени насы; щенности среды существенно ниже (ϕф = 0,29 и 0,3), чем допускается нормативными режимами (ϕw = 0,59). При скорости циркуляции ω = 2,0 м/с (табл. 5, б) переход по влажности в 3;ей зоне да; же ко 2;ой ступени оказывается в некоторой ме; ре опасным для 4;ой и 5;ой зон. Однако здесь различие в фактических и допустимых значениях t и ϕ не столь существенны, как в приведенном выше случае (ω = 1,0 м/с). Переход к 3;ей ступе; ни по влажности в 3;ей зоне существенно опасен для всех (кроме 1;ой) зон штабеля. При скорости циркуляции ω = 4,0 м/с (табл. 5, в) переход и ко 2;ой и тем более к 3;ей ступени режима сушки по влажности в средней (3;ей) зоне недопустим. Приведем данные по длительности процесса (например, до Wк = 10%) в каждой зоне штабеля (табл. 6) при различной скорости циркуляции. S = 25 мм, Wпер – 30 и 20% и ω = 1 м/с. Из табл. видим, что при ω = 2,0 м/с продолжи; тельность сушки по сравнению с сушкой при ω = 1,0 м/с сокращается в среднем на 13…18%, а при ω = 4,0 м/с на 24…30%. При этом неравномер; ность сушки по объему штабеля естественно воз; растает с уменьшением скорости циркуляции: разница в достижении влажности Wк = 10% между 1;ой и 5;ой зонами составляет: при скорости цир; куляции ω = 1,0 м/с – 2,8 ч, при ω = 2,0 м/с – 1,5 ч, при ω = 4,0 м/с – 1,0 ч. В заключение можно сделать следующие обоб; щенные выводы: Выводы Результаты расчетов показывают, что для сохра; нения целостности материала при минимальной продолжительности сушки и нереверсивной цирку; ляции целесообразен переход от 1;ой ступени ре; жима сушки ко 2;ой ступени по переходной влаж; ности в 1;ой зоне (при условном разбиении штабеля на 5 зон по ходу движения воздуха), а от 2;ой ступени к 3;ей – по переходной влажности в самой медленно сохнущей (5;ой) зоне. Это относится к скоростям циркуляции до 2 м/с. При скорости цир; куляции, превышающей 2 м/с, безопасное ведение процесса сушки на всем его протяжении должно осуществляться только по переходной влажности в самой медленно сохнущей зоне. В дальнейшем це; лесообразно рассмотреть этот вопрос для других по; род и толщин. ЛИТЕРАТУРА 1. Руководящие материалы (РМ) по камерной сушке пиломатериалов. – Архангельск: ЦНИИ; МОД, 1982. – 94 с. 2. Руководящие технические материалы (РТМ) по технологии камерной сушки древеси; ны. – Архангельск: ЦНИИМОД, 1985. – 144 с. 3. Шубин Г.С. Сушка и тепловая обработка древе; сины. – М.: Лесная промышленность, 1990. – 336 с. 4. Уголев Б.Н., Лапшин Ю.Г., Кротов Е.В. Контроль напряжений при сушке древесины. – М.: Лесная промышленность, 1980. – 205 с. Получено 19.06.2006 г. 56 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 5 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ Табл. 6 . Продолжительность сушки (Wк = 10%) при различных скоростях циркуляции
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61285
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0204-3602
language Russian
last_indexed 2025-12-07T15:26:29Z
publishDate 2007
publisher Інститут технічної теплофізики НАН України
record_format dspace
spelling Шубин, Г.С.
2014-04-29T20:06:40Z
2014-04-29T20:06:40Z
2007
Режимы сушки древесины и их рациональная реализация / Г.С. Шубин // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 5. — С. 50-56. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
0204-3602
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61285
674.047
Для исключения растрескивания древесины из-за возникающих в процессе сушки внутренних напряжений целесообразно осуществлять переход от одной ступени сушки к другой при определенной переходной влажности в определенных зонах штабеля.
Щоб виключити розтріскування деревини через внутрішні напруження у процесі сушіння, доцільно переходити від одного ступеня сушіння до другого при певній перехідній вологості у визначених зонах штабелю.
It is shown that for prevention of wood checking because of excessive drying stresses transition from a step on a step is expedient for carrying out at the certain transitive moisture content in specific zones of a stack.
ru
Інститут технічної теплофізики НАН України
Промышленная теплотехника
Теория и практика сушки
Режимы сушки древесины и их рациональная реализация
Wood drying schedules and their rational realization
Article
published earlier
spellingShingle Режимы сушки древесины и их рациональная реализация
Шубин, Г.С.
Теория и практика сушки
title Режимы сушки древесины и их рациональная реализация
title_alt Wood drying schedules and their rational realization
title_full Режимы сушки древесины и их рациональная реализация
title_fullStr Режимы сушки древесины и их рациональная реализация
title_full_unstemmed Режимы сушки древесины и их рациональная реализация
title_short Режимы сушки древесины и их рациональная реализация
title_sort режимы сушки древесины и их рациональная реализация
topic Теория и практика сушки
topic_facet Теория и практика сушки
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61285
work_keys_str_mv AT šubings režimysuškidrevesinyiihracionalʹnaârealizaciâ
AT šubings wooddryingschedulesandtheirrationalrealization