Моделирование технологического процесса конвективной сушки пиломатериалов

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.

1. Кречетов, И. В. Сушка древесины / И. В. Кречетов. – М.: Лесн. пром-сть, 1980. – 432 с.

2. Расев, А. И. Сушка древесины / А. И. Расев. – М.: Высш. шк., 1980. – 181 с.

3. Пейч, Н. Н. Сушка древесины / Н. Н. Пейч, Б. С. Царев. – М.: Высш. шк., 1971. – 220 с.

4. Справочник по сушке древесины / Е. С.Богданов [и др.]. – М.: Лесн. пром-сть, 1990. – 304 с.

5. Болдырев, П. В. Сушка древесины / П. В. Болдырев. – СПб.: Профикс, 2002. – 156 с.

6. Сычевский, В. А. Учет больших деформаций материала, вызванных градиентом влагосодержания / В. А. Сычевский // Инженер.-физ. журн. – 2005. – Т. 78, № 4. – С. 186–193.

7. Сычевский, В. А. К феноменологической теории сушки / В. А. Сычевский // Инженер.-физ. журн. – 2007. – Т. 80, № 3. – С. 55–65.

8. Сычевский, В. А. Математическая модель сушки деформируемых материалов и численная методика расчета / В. А. Сычевский // Инженер.-физ. журн. – 2009. – Т. 82, № 4. – С. 674–687.

9. Серговский, П. С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины / П. С. Серговский, А. И. Расев. – М.: Лесн. пром-сть, 1987. – 360 с.

10. Акишенков, С. И. Проектирование лесосушильных камер и цехов / С. И. Акишенков, В. И. Корнеев. – СПб.: Лесотехн. акад., 1992. – 88 с.

11. Соколов, П. В. Проектирование сушильных и нагревательных установок для древесины / П. В. Соколов. – М.: Лесн. пром-сть, 1965. – 331 с.

12. 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.

13. 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.

14. Федяев, А. А. Совершенствование газораспределительных устройств технологического оборудования / А. А. Федяев // Системы. Методы. Технологии. – 2009. – № 2. – С. 87–90.

15. 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)00464-4

16. Bedelean, 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.

17. 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.

18. 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.

19. Шубин, Г. С. Сушка и тепловая обработка древесины / Г. С. Шубин. – М.: Лесн. пром-сть, 1990. – 336 с.