Введение к работе
Актуальность темы исследования. Пропитка древесины мягколиственных пород различными химическими соединениями как способ повысить ее эксплуатационные свойства нашла широкое применение как в нашей стране, так и за рубежом. Известны различные способы пропитки древесины, среди них особый интерес представляет способ пропитки в поле центробежных сил. Этот способ отличается сравнительно низкой энергоемкостью, позволяет достичь высокой степени насыщения древесины жидкостью за короткое время.
Исследованию и совершенствованию процесса центробежной пропитки древесины посвящено значительное количество научных работ. К настоящему времени разработаны технические решения по балансировке платформ центрифуг, позволяющие осуществлять на центрифугах пропитку достаточно длинных (до нескольких метров) образцов древесины. Проведены обширные экспериментальные исследования, касающиеся процесса насыщения древесины жидкостью; разрабатываются новые составы для пропитки древесины на основе синтетических и органических олигомеров.
Вместе с тем, дальнейшее совершенствование процесса центробежной пропитки древесины требует более детальных исследований. Анализ литературных источников по теме работы показывает, что существующие на сегодняшний день модели пропитки древесины в поле центробежных сил описывают кинетику центробежной пропитки с позиции линейного закона фильтрации Дарси, то есть связь напора пропиточной жидкости и скорости движения фронта пропитки считается прямо пропорциональной. Однако на практике это справедливо далеко не при всех параметрах процесса пропитки и свойствах пропиточной жидкости, что подтверждено экспериментально. Модели, построенные на основании зависимостей, учитывающих отклонение закономерности фильтрации жидкости образцом древесины, от соотношений, следующих из закона Дарси (далее – при нелинейных законах фильтрации), пригодные для практического применения, отсутствуют, что затрудняет или же делает невозможным научно обоснованный подбор рациональных конструктивных параметров, а также режимов работы центрифуг для пропитки древесины.
Таким образом, дальнейшее исследование процесса центробежной пропитки древесины представляется актуальной практической задачей.
Степень разработанности темы исследования. Теоретическое описание процесса центробежной пропитки древесины основано на использовании положений линейного закона фильтрации Дарси. Накоплены экспериментальные сведения, подтверждающие некорректность применения линейного закона фильтрации при ряде значений параметров процесса центробежной пропитки. Нелинейные законы фильтрации пропиточной жидкости в древесине применительно к центробежной пропитке ранее не рассматривались.
Цель работы: обоснование рациональных режимов технологического процесса центробежной пропитки древесины мягколиственных пород с учетом нелинейного закона фильтрации пропиточной жидкости.
Задачи исследования:
-
провести теоретические исследования процесса центробежной пропитки древесины в условиях нелинейного закона фильтрации пропиточной жидкости;
-
составить модель, раскрывающую кинетику пропитки образца древесины при нелинейном законе фильтрации пропиточной жидкости;
-
составить методику экспериментального определения параметров нелинейного закона фильтрации пропиточной жидкости образцом древесины;
-
экспериментально определить влияние свойств древесного образца и параметров процесса центробежной пропитки на закон фильтрации пропиточной жидкости;
-
экспериментально определить параметры нелинейного закона фильтрации пропиточной жидкости при центробежной пропитке древесины осины и березы;
-
дать рекомендации по определению режимов работы и конструктивных параметров оборудования для центробежной пропитки древесины осины и березы.
Научная новизна. Модель фильтрации пропиточной жидкости образцом древесины при центробежной пропитке, отличающаяся учетом нелинейной связи скорости движения фронта пропитки и напора пропиточной жидкости, расширяющая научные представления о процессе центробежной пропитки древесины и позволяющая подобрать рациональные конструктивные параметры и режимы работы оборудования для центробежной пропитки древесины в условиях нелинейного закона фильтрации пропиточной жидкости древесным образцом.
Теоретическая значимость работы. Построенная модель насыщения древесины жидкостью в ходе пропитки на центрифуге расширяет теоретические представления о движении пропиточной жидкости в древесине. Полученные на основе реализации модели соотношения устанавливают в общем виде влияние параметров процесса центробежной пропитки на время пропитки.
Практическая значимость работы. Полученные экспериментальные значения параметров нелинейного закона фильтрации пропиточной жидкости древесным образцом могут быть использованы на практике при определении рациональных с точки зрения времени режимов пропитки древесины осины и березы центробежным способом.
Положения, выносимые на защиту:
-
модель, раскрывающая кинетику центробежной пропитки древесины при нелинейном законе фильтрации пропиточной жидкости образцом;
-
методика экспериментального определения параметров нелинейного закона фильтрации жидкости образцом древесины при центробежной пропитке;
-
результаты экспериментальных исследований по определению влияния влажности древесины осины и березы на параметры нелинейного закона фильтрации пропиточной жидкости;
-
полученные на основе реализации модели пропитки древесины в поле центробежных сил зависимости, устанавливающие рациональные с точки зрения времени обработки режимы работы и конструктивные параметры центрифуг при пропитке древесины осины и березы.
Методология и методы исследования. Теоретической основой исследования явились работы ведущих отечественных ученых по тематики пропитки древесины. В работе использованы базовые методы научно-технического познания, математического моделирования, гидравлики, измерения и обработки экспериментальных данных.
Автор в своих исследованиях опирался на фундаментальные работы ученых в области теории и технологии пропитки древесины – В.И. Патякина, П.С. Серговского, И.В. Кречетова, Н.А. Оснача, С.М. Базарова, А.К. Редькина, Б.Н. Уголева, А.И. Расева, В.И. Соколова, А.И. Мигачева, В.И. Маркова, В.А. Баженова, В.А. Шамаева, О.А. Куницкой, Б.С. Чудинова, В.П. Кожина и других ученых МГУЛ, СПбГЛТУ, ВГЛТА, УГЛТУ, ПетрГУ, С(А)ФУ, БрГУ, ЦНИИМЭ.
Степень достоверности и апробация результатов обеспечивается применением современных методов исследования, обоснованностью принятых допущений, обоснованностью методов расчета и моделирования, а также подтверждается экспериментальными исследованиями процесса пропитки древесины центробежным способом.
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: IX международной научно-практической Интернет-конференции «Леса России в XXI веке» (СПб, 2012 г.); МНТК «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2012 г.); МНТК молодых ученых и специалистов «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка» (СПб, 2011 г.); МНТК «Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса» (Кострома, 2012 г.); и ежегодных НТК СПбГЛТУ в 1997 - 2013 гг. Часть материалов работы получена при выполнении НИР № 01201255482 «Разработка теоретических основ сквозных технологических процессов и модульных систем машин лесозаготовительного производства». Исследования выполнялись в створе Перечня Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники РФ, (от 07.07.2011 г.) пункт «Рациональное природопользование».
Результаты работы прошли успешную апробацию и используются в технологическом процессе ГП «Борзнянское лесное хозяйство», что подтверждается Актом внедрения.
