vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2018-63-4-424-434vestift-405Research ArticleЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНPOWER ENGINEERING, HEAT AND MASS TRANSFERМоделирование технологического процесса конвективной сушки пиломатериаловModeling of the technological process of convective drying of lumberСычевскийВ. А.SychevskiiV. A.

доктор физико-математических наук, доцент, ведущий научный сотрудник

D. Sc. (Physics and Mathematics), Assistant Professor, Leading Researcher

v.sychevskii@mail.ruИнститут тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси, МинскA. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk201811012019634424434Copyright © Сычевский В.А., 20192019Сычевский В.А.Sychevskii V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/405

Представлен расчет технологического процесса сушки пиломатериалов в конвективных сушильных установках периодического действия. Для этого разработана трехмерная геометрическая модель сушильной камеры со штабелем из пиломатериалов. Записана физико-математическая модель процессов тепло- и массопереноса как в сушильном агенте, так и в штабеле. Учет трехмерной геометрии задачи осуществлялся путем использования пакета Ansys Fluent. Описание процессов массопереноса в древесине производилось на основе технологий пользовательской функции (User-Defined Function) и пользовательского скаляра (User-Defined Scalar). Приведен результат расчета конкретного технологического режима сушки штабеля из пиломатериалов сосны, который позволил найти детальные пространственные распределения и временные изменения полей температуры и влажности для сушильного агента и древесины. На основе полученных данных построены графики изменения во времени средних величин. Нелинейность и взаимосвязанность процессов тепло- и массопереноса в конвективной сушильной установке приводят к неустойчивости процесса сушки. Так, на этапе прогрева не удается избежать удаления влаги из пиломатериалов. На этапах сушки неустойчивость приводит к колебательному характеру изменения температуры, массовой доли пара и относительной влажности воздуха в зазорах между пиломатериалами при интенсивном подводе тепла. Поэтому необходимо принимать дополнительные меры по сохранению параметров сушильного агента постоянными на этапах сушки. Полученные результаты могут использоваться для проектирования сушильных установок и разработки режимов сушки пиломатериалов на основе математического моделирования и вычислительного эксперимента.

A calculation of the technological process of lumber drying in convection drying chamber of periodic action is presented. For this purpose, a three-dimensional geometric model of a drying chamber with a lumber pile is developed. A physico-mathematical model describing the processes of heat and mass transfer both in the drying agent and in the stack is presented. The three-dimensional geometry of the problem was taken into account by using the Ansys Fluent package. The process of mass transfer in wood was described on the basis of User-Defined Function and User-Defined Scalar. The result of calculation of a specific technological regime of drying of stack from pine sawn timber is given, which allowed finding detailed spatial distributions and temporary changes of the temperature and humidity fields for the drying agent and wood. On their basis, graphs of the time variation of the mean values are plotted. The nonlinearity and interrelationship of the processes of heat and mass transfer in a convective drying chamber leads to unsteadiness of the drying process. So, during the warm-up stage, it is not possible to avoid moisture removal from the lumber. At the drying stages, the unsteadiness leads to an oscillatory character of changes of the temperature, the mass fraction of vapour and the relative humidity of air in the gaps between the wood boards at the intensive heat input. Therefore, it is necessary to take additional procedures to keep the drying agent parameters constant at the drying stages. The obtained results can be used for the design of drying chambers and the development of drying regimes of lumber based on the mathematical modeling and computational experiment.

деревообработкасушильные установкипиломатериалычисленное моделирование и вычислительный экспериментрежимы сушкитепло- и массообменwoodworkingdrying chamberlumbernumerical simulation and computational experimentregimes of dryingheat and mass transferReferencesКречетов, И. В. Сушка древесины / И. В. Кречетов. – М.: Лесн. пром-сть, 1980. – 432 с.Krechetov I. V. Wood Drying. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1980. 432 p. (in Russian).Расев, А. И. Сушка древесины / А. И. Расев. – М.: Высш. шк., 1980. – 181 с.Rasev A. I. Wood Drying. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1980. 181 p. (in Russian).Пейч, Н. Н. Сушка древесины / Н. Н. Пейч, Б. С. Царев. – М.: Высш. шк., 1971. – 220 с.Peich N. N., Tsarev B. S. Wood Drying. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1971. 220 p. (in Russian).Справочник по сушке древесины / Е. С.Богданов [и др.]. – М.: Лесн. пром-сть, 1990. – 304 с.Bogdanov E. S., Kozlov V. A., Kuntysh V. B., Melekhov V. I. Handbook of the Wood Drying. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1990. 304 p. (in Russian).Болдырев, П. В. Сушка древесины / П. В. Болдырев. – СПб.: Профикс, 2002. – 156 с.Boldyrev P. V. Wood Drying. Saint Petersburg, Profiks Publ., 2002. 156 p. (in Russian).Сычевский, В. А. Учет больших деформаций материала, вызванных градиентом влагосодержания / В. А. Сычевский // Инженер.-физ. журн. – 2005. – Т. 78, № 4. – С. 186–193.Sychevskii V. A. Account for Large Deformations of a Material Caused by the Moisture-Content Gradient. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2005, vol. 78, iss. 4, pp. 824–831. https://doi.org/10.1007/s10891-005-0131-5Сычевский, В. А. К феноменологической теории сушки / В. А. Сычевский // Инженер.-физ. журн. – 2007. – Т. 80, № 3. – С. 55–65.Sychevskii V. A. Toward the phenomenological theory of drying. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2007, vol. 80, iss 3, pp. 483–494. https://doi.org/10.1007/s10891-007-0064-2Сычевский, В. А. Математическая модель сушки деформируемых материалов и численная методика расчета / В. А. Сычевский // Инженер.-физ. журн. – 2009. – Т. 82, № 4. – С. 674–687.Sychevskii V. A. Mathematical model of drying of deformable materials and numerical calculation method. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2009, vol. 82, iss. 4, art. 668. https://doi.org/10.1007/s10891-009-0237-2Серговский, П. С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины / П. С. Серговский, А. И. Расев. – М.: Лесн. пром-сть, 1987. – 360 с.Sergovskii P. S., Rasev A. I. Hydrothermal Treatment and Conservation of Wood. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1987. 360 p. (in Russian).Акишенков, С. И. Проектирование лесосушильных камер и цехов / С. И. Акишенков, В. И. Корнеев. – СПб.: Лесотехн. акад., 1992. – 88 с.Akishenkov S. I., Korneev V. I. Design of Timber Drying Chambers and Workshops. Saint Petersburg, Forest Technical Academy, 1992. 88 p. (in Russian).Соколов, П. В. Проектирование сушильных и нагревательных установок для древесины / П. В. Соколов. – М.: Лесн. пром-сть, 1965. – 331 с.Sokolov P. V. Designing of Drying and Heating Installations for Wood. Mosсow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1965. 331 p. (in Russian).Barański, J. Experimental study and numerical simulation of flow pattern and heat transfer during steam drying wood [Electronic resource] / J. Barański, M. A. Wierzbowski, J. A. Stasiek // The Future of Quality Control for Wood & Wood Products. The Final Conference of COST Action E53, 4–7 May, 2010, Edinburgh. – Mode of access: http://www.coste53.net/ downloads/Edinburgh/Edinburgh-Presentation/25.pdf – Date of access: 20.10.2017.Barański J., Wierzbowski M. A., Stasiek J. A. Experimental study and numerical simulation of flow pattern and heat transfer during steam drying wood. The Future of Quality Control for Wood & Wood Products. The Final Conference of COST Action E53, 4–7 May, 2010, Edinburgh. Available: http://www.coste53.net/downloads/Edinburgh/Edinburgh-Presentation/25.pdf (Accessed 20 October 2017).Федяев, А. А. Влияние непроизводительных потоков агента сушки на качество пилопродукции / А. А. Федяев, Д. А. Наговицын // Системы. Методы. Технологии. – 2012. – № 3. – С. 85–88.Fedyaev A. A., Nagovitsyn D. A. Influence of unproductive flows of drying substance оn the quality of sawtimber. Sistemy. Metody. Tekhnologii = Systems. Methods. Technologies, 2012, no. 3, pp. 85–88 (in Russian).Федяев, А. А. Совершенствование газораспределительных устройств технологического оборудования / А. А. Федяев // Системы. Методы. Технологии. – 2009. – № 2. – С. 87–90.Fedyaev A. A. Improvement of gas-distributing devices of the technological equipment. Sistemy. Metody. Tekhnologii = Systems. Methods. Technologies, 2009, no. 2, pp. 87–90 (in Russian).Sun, Z. F. Numerical simulation of flow in an array of in-line blunt boards: mass transfer and flow patterns / Z. F. Sun // Chem. Eng. Sci. – 2001. – Vol. 56, Iss. 5. – P. 1883–1896. https://doi.org/10.1016/S0009-2509(00)00464-4Sun Z. F. Numerical simulation of flow in an array of in-line blunt boards: mass transfer and flow patterns. Chemical Engineering Science, 2001, vol. 56, iss. 5, pp. 1883–1896. https://doi.org/10.1016/S0009-2509(00)00464-4Bedelean, I. B. Investigations concerning the possibility to minimize the stacks aerodynamic resistance [Electronic resource] / I. B. Bedelean, D. Sova // The Future of Quality Control for Wood & Wood Products. The Final Conference of COST Action E53, 4–7 May, 2010, Edinburgh. – Mode of access: http://www.coste53.net/downloads/Edinburgh/Edinburgh-Presentation/25.pdf – Date of access: 20.10.2017.Bedelean I. B., Sova D. Investigations concerning the possibility to minimize the stacks aerodynamic resistance. The Future of Quality Control for Wood & Wood Products. The Final Conference of COST Action E53, 4–7 May, 2010, Edinburgh. Available: http://www.coste53.net/downloads/Edinburgh/Edinburgh-Presentation/25.pdf (Accessed 20 October 2017).Сычевский, В. А. Численное моделирование аэродинамики лесосушильной камеры / В. А. Сычевский, Т. А. Баранова // Тепло- и массоперенос-2014 : сб. науч. тр. / Ин-т тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси ; редкол.: О. Г. Пенязьков [и др.]. – Минск: Ин-т тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, 2015. – С. 66–73.Sychevskii V. A., Baranova T. A. Numerical simulation of the aerodynamics of the timber drying chamber. Teplo i massoperenos-2014: sbornik nauchnykh trudov [Heat and Mass Transfer 2014: a collection of scientific papers]. Мinsk, A. V. Luikov Institute of Heat and Mass Transfer of the National Academy of Sciences of Belarus, 2015, pp. 66–73 (in Russian).Сычевский, В. А. Оптимизация аэродинамического режима работы сушильной камеры / В. А. Сычевский, А. Д. Чорный, Т. А. Баранова // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энергетических объединений СНГ. – 2016. – Т. 59, № 3. – С. 260–271.Sychevskii V. A., Chornyi A. D., Baranova T. A. Optimization of Aerodynamic Conditions of the Chamber Drier. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edenenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Educational Institutions and Power Engineering Associations, 2016, vol. 59, no. 3, pp. 260–271. https://doi. org/10.21122/1029-7448-2016-59-3-260-271Шубин, Г. С. Сушка и тепловая обработка древесины / Г. С. Шубин. – М.: Лесн. пром-сть, 1990. – 336 с.Shubin G. S. Drying and Heat Treatment of Wood. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1990. 336 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.