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"10.29235/1561-8358-2024-69-3-206-214vestift-850Research ArticleЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНPOWER ENGINEERING, HEAT AND MASS TRANSFERКинетика влагообмена в процессе конвективной сушки тонких плоских влажных материаловKinetics of moisture exchange during convection drying of thin flat wet materialshttps://orcid.org/0009-0009-0000-6799ОльшанскийА. И.Ol’shanskiiA. I.

Ольшанский Анатолий Иосифович – кандидат технических наук, доцент

Московский пр., 72, 210038, Витебск

Anatoly I. Ol’shanskii – Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor

72, Moskovsky Ave., 210038, Vitebsk

https://orcid.org/0009-0004-5645-7912ГолубевА. Н.GolubevA. N.

Голубев Алексей Николаевич – старший преподаватель кафедры «Технология машиностроения»

Московский пр., 72, 210038, Витебск

Alexey N. Golubev – Senior Lecturer of the Department of Mechanical Engineering

72, Moskovsky Ave., 210038, Vitebsk

tm@vstu.byВитебский государственный технологический университетVitebsk State Technological University202406102024693206214Copyright © Ольшанский А.И., Голубев А.Н., 20242024Ольшанский А.И., Голубев А.Н.Ol’shanskii A.I., Golubev A.N.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/850

Исследована кинетика конвективной сушки тонких влажных теплоизоляционных материалов на основе относительных скорости сушки и влагосодержаний. Обработкой опытных данных по сушке различных влажных материалов установлено, что относительная скорость процесса связана с относительными влагосодержаниями, представляющими собой отношения значения текущего влагосодержания к его критическому и начальному значениям. На основе функциональной зависимости относительной скорости сушки от относительных влагосодержаний обработкой экспериментальных данных по сушке керамики, войлока, асбеста получены уравнения для расчета длительности сушки. Представлена зависимость относительной скорости сушки от отношения текущего влагосодержания к критическому. Даны зональные методы расчета длительности процесса, основанные на кривой скорости сушки. Разработано выражение для определения коэффициента сушки. На основе анализа опытных данных по сушке пористой керамики, листового асбеста, шерстяного войлока построены графики зависимости относительной скорости сушки от отношения текущего влагосодержания к начальному. Показаны зависимости для определения критического влагосодержания материала. Рассмотренный метод обработки опытных данных позволяет получить все основные уравнения для расчета кинетики процесса сушки. Дан вариант оценки длительности процесса по одному эксперименту с малым промежутком времени. Выполнено сравнение расчетных величин по уравнениям с экспериментом. Разброс расчетных значений находится в области погрешности эксперимента. Формулы для расчета длительности сушки, полученные без построения кривой скорости сушки, позволяют значительно сократить время обработки опытных данных и могут быть применимы к другим материалам.

The kinetics of convective drying of thin wet thermal insulation materials based on the relative drying rate and relative moisture contents has been studied. Processing of experimental data on drying of various wet materials has established that the relative drying rate is related to the relative moisture contents, which are the ratios of the current moisture content to its critical and initial values. Based on the functional dependence of the relative drying rate on the relative moisture contents using the processing of the experiment on drying of ceramics, felt, and asbestos, equations for calculating the drying time are obtained. The dependence of the relative drying rate on the ratio of the current moisture content to the critical one is given. Zonal methods for calculating the drying time are given, based on the drying rate curve. An expression for determining the drying coefficient is developed. Based on the analysis of experimental data on drying porous ceramics, sheet asbestos, and wool felt, graphs of the dependence of the relative drying rate on the ratio of the current moisture content to the initial one are constructed. Dependencies for determining the critical moisture content of the material are given. The considered method of processing experimental data allows obtaining all the main equations for calculating the kinetics of the drying process. A variant of estimating the drying time based on one experiment with a short time interval is given. A comparison of the calculated values according to the equations with the experiment is performed. The spread of the calculated values is in the range of experimental error. The formulas for calculating the drying time obtained without plotting the drying rate curve allow significantly reducing the time of processing the experimental data and can be applied to other materials.

влагосодержаниескорость сушкикоэффициент сушкикритическое влагосодержаниевремя сушкиmoisture contentdrying speeddrying coefficientcritical moisture contentdrying timeReferencesЛыков, А. В. Теория сушки / А. В. Лыков. – М.: Энергия, 1968 – 472 с.Lykov A. V. Theory of Drying. Moscow, Energiya Publ., 1968. 472 p. (in Russian).Акулич, П. В. Расчеты сушильных и теплообменных установок / П. В. Акулич. – Минск: Беларус. навука, 2010. – 443 с.Akulich P. V. Calculations of Drying and Heat Exchange Installations. Minsk, Belaruskaya Navuka Publ., 2010. 443 p. (in Russian).Рудобашта, С. П. Массоперенос в системах с твердой фазой / С. П. Рудобашта. – М.: Химия, 1980. – 248 с.Rudobashta S. P. Mass Transfer in Systems with a Solid Phase. Moscow, Khimiya Publ., 1980. 248 p. (in Russian).Сажин, Б. С. Научные основы техники сушки / Б. С. Сажин. – М.: Наука, 1997. – 447 с.Sazhin B. S. The Science of Drying Techniques. Moscow, Nauka Publ., 1997. 447 p. (in Russian).Васильев, В. Н. Технология сушки. Основы тепло- и массопереноса / В. Н. Васильев, В. Е. Куцакова, С. В. Фролов. – СПб.: ГИОРД, 2013. – 224 с.Vasil’ev V. N., Kutsakova V. E., Frolov S. V. Drying Technology. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. St. Petersburg, GIORD Publ., 2013. 224 p. (in Russian).Куц, П. С. Некоторые закономерности тепловлагообмена и приближенные методы расчета кинематики процесса сушки влажных материалов / П. С. Куц, А. И. Ольшанский // Инженер.-физ. журн. – 1977. – Т. 32, № 5. – С. 1007–1014.Kutz P. S., Ol’shansky A. I. Some Features of Heat and Moisture Transfer and Approximate Methods of Calculating the Drying Kinetics of Moist Materials. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 1977, vol. 32, no. 6, pp. 650–656. https://doi.org/10.1007/bf00862568Ольшанский, А. И. Исследование кинетики тепловлагообмена при термической обработке и сушке тонких влажных теплоизоляционных материалов / А. И. Ольшанский, А. Н. Голубев // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. – 2023. – Т. 66, № 1. – С. 66–79. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-1-66-79Ol’shanskii A. I., Golubev A. N. Investigation of the Kinetics of Heat and Moisture Exchange during Heat Treatment and Drying of Thin Wet Thermal Insulation Materials. Enеrgеtika. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii i energeticheskikh ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 2023, vol. 66, no. 1, pp. 66–79 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-1-66-79Красников, В. В. Кондуктивная сушка / В. В. Красников. – М.: Энергия, 1973. – 288 с.Krasnikov V. V. Conductive Drying. Moscow, Energia Publ., 1973. 288 p. (in Russian).Филоненко, Г. К. Сушильные установки / Г. К. Филоненко, П. Д. Лебедев. – М.; Л.: Госэнергоиздат, 1952. – 264 с.Filonenko G. K., Lebedev P. D. Drying Plants. Moscow, Leningrad, Gosenergoizdat Publ., 1952. 264 p. (in Russian).Ольшанский, А. И. Исследование теплообмена в процессе сушки влажных материалов по экспериментальным данным влагообмена / А. И. Ольшанский // Инженер.-физ. журн. – 2014. – Т. 87, № 4. – С. 887–897.Ol’shansky A. I. Study of Heat Transfer During the Drying Process of Wet Materials Based on Experimental Data on Moisture Exchange. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2014, vol. 87, no. 4, pp. 917–928. http://doi.org/10.1007/s10891-014-1089-yИгонин, В. Н. Уравнения кинетики влагообмена при сушке / В. Н. Игонин, М. В. Сотников // Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения: материалы VIII Междунар. науч.-практ. конф., 7–8 февр. 2017 г. – Ульяновск: УГСХА им. П. А. Столыпина, 2017. – Ч. 1. – С. 119–123.Igonin V. N., Sotnikov V. N. Equations of moisture exchange kinetics during drying. Agrarnaya nauka i obrazovanie na sovremennom etape razvitiya: opyt, problemy i puti ikh resheniya: materialy VIII Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, 7–8 fevralya 2017 g. [Agricultural science and education at the present stage of development: experience, problems and ways to solve them: Materials of the VIII International Scientific and Practical Conference. February 7–8, 2017]. Ulyanovsk: UGSHA named after P. A. Stolypin, 2017, Part I, pp. 119–123 (in Russian).Лыков, А. В. Тепло- и массообмен в процессах сушки / А. В. Лыков. – М.: Госэнергоиздат, 1956. – 462 с.Lykov A. V. Heat and Mass Transfer in Drying Processes. Moscow, Gosenergoizdat Publ., 1956. 462 p. (in Russian).Ольшанский, А. И. Исследование тепло- и массообмена в процессе конвективной термообработки и сушки теплоизоляционных материалов и приближенное уравнение кривой сушки / А. И. Ольшанский, А. Н. Голубев // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. – 2023. – Т. 66, № 5. – С. 461–477. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-5-461-477Ol’shanskii A. I., Golubev A. N. Investigation of Heat and Mass Transfer in the Process of Convective Heat Treatment and Drying of Thermal Insulation Materials and Approximate Equation of the Drying Curve. Enеrgеtika. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii i energeticheskikh ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 2023, vol. 66, no. 5, pp. 461–477 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-5-461-477Кавказов, Ю. Л. Тепло- и массообмен в технологии кожи и обуви / Ю. Л. Кавказов. – М.: Легкая индустрия, 1973. – 272 с.Kavkazov Yu. L. Heat and Mass Transfer in Leather and Footwear Technology. Moscow, Legkaya promyshlennost’ Publ., 1973. 272 p. (in Russian).Ольшанский, А. И. Некоторые закономерности кинетики сушки пищевых продуктов / А. И. Ольшанский, П. С. Куц // Изв. вузов. Пищевая технология. – 1977. – № 5. – С. 97–101.Ol’shansky A. I., Kutz P. S. Some patterns of food drying kinetics. Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnologiya = Izvestiya vuzov. Food Technology, 1977, vol. 5, pp. 97–101 (in Russian).Ольшанский, А. И. Исследование сушки тонких материалов с использованием обобщенных комплексных переменных / А. И. Ольшанский // Инженер.-физ. журнал. – 2016. – Т. 89, № 4. – С. 884–894.Ol’shansky A. I. Investigation of the Drying of Thin Materials with the use of Generalized Complex Variables. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2016, vol. 89, no. 4, pp. 886–895. http://doi.org/10.1007/s10891-016-1450-4Смирнов, М. С. Уравнение кривой сушки / М. С. Смирнов // Изв. вузов. Технология легкой промышленности. – 1961. – № 3. – С. 77–82.Smirnov M. S. Drying Curve Equation. Izvestiya vuzov. Tekhnologiya legkoj promyshlennosti = News of Higher Educational Institutions. Technology of Light Industry, 1961, vol. 3, pp. 77–82 (in Russian).Ольшанский, А. И. Исследование процесса сушки пористой керамики методом Докучаева–Смирнова / А. И. Ольшанский // Инженер.-физ. журн. – 2013. – Т. 86, № 1. – С. 77–85.Ol’shansky A. I. Investigation of the processes of drying of porous ceramics by the Dokuchaev–Smirnov method. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2013, vol. 86, no. 1, pp. 80–87. https://doi.org/10.1007/s10891-013-0807-1Kudra, T. Advanced Drying Technologies / T. Kudra, A. S. Mujumdar. – Taylor & Francis, Inc., Bosa Roca, 2009. – 446 p. https://doi.org/10.1201/97814200738982Kudra T., Mujumdar A. S. Advanced Drying Technologies. Taylor & Francis, Inc., Bosa Roca, 2009. 446 p. https://doi.org/10.1201/9781420073898García del Valle, J. Analytical solution for the coupled heat and mass transfer formulation of one-dimensional drying kinetics / J. García del Valle, J. Sierra Pallares // J. Food Eng. – 2018. – Vol. 230. – P. 99–113. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2018.02.029García del Valle J., Sierra Pallares J. Analytical solution for the coupled heat and mass transfer formulation of onedimensional drying kinetics. Journal of Food Engineering, 2018, vol. 230, pp. 99–113. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2018.02.029.Беркман, А. С. Пористая проницаемая керамика / А. С. Беркман, И. Г. Мельникова. – Л.: Стройиздат, 1969. – 142 с.Berkman A. S. Porous Permeable Ceramics. Leningrad, Stroyizdat Publ., 1969. 142 p. (in Russian).Белопольский, М. С. Изменение структуры коллоидного капиллярно-пористого тела (глины) в процессе сушки / М. С. Белопольский // Инженер.-физ. журн. – 1961. – Т. 4, № 4. – С. 49–61.Belopolsky M. S. The Change in the Structure of a Colloidal Capillary Porous Substance (Clay) during the Drying Process. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 1961, vol. 4, no. 4, pp. 49–54.Франчук, А. У. Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов / А. У. Франчук. – М.: НИИ строительной физики, 1969. – 142 с.Franchuk A. U. Tables of Thermal Technical Indicators of Building Materials. Moscow, Research Institute of Construction Physics Publ., 1969. 142 p. (in Russian).Блази, В. Справочник проектировщика. Строительная физика / В. Блази. – М.: Техносфера, 2005. – 535 с.Blasi V. Designer’s Handbook. Construction Physics. Moscow, Tekhnosfera Publ., 2005. 535 p. (in Russian).Колесников, П. А. Теплозащитные свойства одежды / П. А. Колесников. – М.: Легкая индустрия, 1965. – 345 с.Kolesnikov P. A. Heat-Protective Properties of Clothing. Moscow, Legkaya industriya Publ., 1965. 345 p. (in Russian).

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