Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса, цель и задачи исследования 10
1.1. Основные физико-химические свойства древесины 10
1.2. Обзор способов сушки древесины 23
1.3. Специальные способы сушки древесины 26
1.4. Электрофизические явления в древесине при воздействии электромагнитного поля (ЭМП) 28
1.5. Исследование состояния проблемы сушки древесины 38
1.6. Цель и задачи исследования 41
2. Теоретическое исследование и обоснование процесса контроля сушки древесины в микроволновой камере 44
2.1. Процесс камерной сушки при использовании микроволнового электромагнитного излучения 44
2.2. Механизм внутреннего переноса массы при использовании электромагнитного излучения СВЧ 46
2.3. Резонансные явления в процессе СВЧ сушки древесины 49
2.4. Математическая модель системы контроля процесса сушки древесины в поле СВЧ 59
2.5. Устройство и обоснование СВЧ-лесосушильной установки резонаторного типа 63
2.6. Особенность ЭМП резонаторной камеры микроволновой сушильной установки 73
2.7. Повышение энергетической эффективности процесса сушки древесины в поле СВЧ 79
2.7.1. Магнетрон как эффективный преобразователь электрической энергии з
2.8 Выводы в результате проведенного теоретического исследования 87
3. Методика проведения исследования процесса сушки пиломатериалов в свч-лесосушильной камере 88
3.1. Экспериментальная установка для исследования процесса сушки в СВЧ-лесосушильной камере 89
3.2. Методический план проведения экспериментального исследования (основные факторы и обоснование оценочных показателей эксперимента) 93
3.3. Построение регрессионной модели по результатам активного эксперимента 102
3.4. Методика контроля процесса сушки древесины в СВЧ-лесосушильной камере 105
4. Экспериментальное исследование процесса контроля сушки пиломатериалов в СВЧ лесосушильной камере 109
4.1. Исследование зависимости поглощенной мощности от
подведенной мощности, массы и температуры влаги 110
4.2. Технологический процесс измерителя влажности (затухания) резонатора лесосушильной камеры 111
4.3. Статистическая обработка результатов наблюдений
4.3.1. Проверка воспроизводимости экспериментальных данных 113
4.3.2. Расчет коэффициентов уравнения регрессии 120
4.3.3. Определение значимости коэффициентов уравнения регрессии Проверка адекватности уравнения регрессии 115
4.3.4. Исследования процесса контроля сушки на образцах модели сушильного штабеля древесины в СВЧ-лесосушильной камере резонаторного типа 118
4.4. Результаты экспериментальных исследований процесса контроля сушки древесины в СВЧ-лесосушильной камере
4.5. Выводы по результатам экспериментальных исследований 125
5. Система контроля процесса сушки древесины в свч-лесосушильной камере резонаторного типа 127
5.1. Автоматизированная система измерения, контроля и регулирования процесса сушки в ЭМП СВЧ (структурная схема) 128
5.2. Разработка программируемого логического контроллера 129
6. Основные выводы и рекомендации 133
Библиографический список
- Электрофизические явления в древесине при воздействии электромагнитного поля (ЭМП)
- Повышение энергетической эффективности процесса сушки древесины в поле СВЧ
- Методический план проведения экспериментального исследования (основные факторы и обоснование оценочных показателей эксперимента)
- Расчет коэффициентов уравнения регрессии
Введение к работе
Актуальность темы. Древесина, как природный композитный материал
находит широкое применение в качестве восполняемого конструкционного
материала. Процесс сушки древесины определяет потребительские свойства
конечного продукта и является базовой операцией технологии переработки
древесины. Поэтому совершенствование и разработка технологий сушки
пиломатериалов имеет большое значение. В настоящее время в мировой
практике интенсивно развивается микроволновая сушка диэлектрических
материалов. При проведении процесса сушки древесины с применением
энергии электромагнитного поля наиболее эффективным является диапазон
сверхвысоких частот. Результаты исследования фундаментальных свойств
древесины, процессов, происходящих в древесине при воздействии
электромагнитного поля различной частоты, а также модели поглощения
микроволновой энергии единичными сортиментами и штабелем
пиломатериалов, приводятся в разных источниках, где рассмотрены
теплофизические особенности сушки древесины, но при этом недостаточно
освещен процесс контроля сушки и проявляющиеся электрофизические
явления. Отсутствует функциональная аналитическая закономерность
контроля и регулирования процесса сушки древесины в СВЧ-лесосушильной
камере резонаторного типа, математическая модель, основанная на
электрофизических явлениях, свойственных резонатору, позволяющая
осуществлять управление процессом сушки в автоматизированном режиме в соответствии с заданной аналитической функцией.
Эти обстоятельства не позволяют осуществлять оптимальный контроль и
автоматическое управление процессом сушки древесины, что может привести к
повышению температуры и электрическому пробою в пиломатериале и объеме
резонатора СВЧ-сушильной камеры, деформации и короблению
высушиваемого пиломатериала.
Совершенствование системы контроля и регулирования процесса сушки пиломатериалов в СВЧ-лесосушильной камере резонаторного типа является актуальной научно-практической задачей.
Диссертационная работа соответствует паспорту специальности 05.21.05 «Древесиноведение, технология и оборудование деревообработки». Область исследований п.2 Разработка теории и методов технологического воздействия на объекты обработки с целью получения высококачественной и экологически чистой продукции.
Объект исследования: технологические процессы сушки древесины в СВЧ-лесосушильной камере резонаторного типа.
Предмет исследования: Способы контроля и регулирования
подведенной к материалу энергии электромагнитного поля в микроволновой камере резонаторного типа.
Цель работы: совершенствование процесса сушки пиломатериалов в
микроволновой камере резонаторного типа посредством улучшения системы
контроля и регулирования подведенной к материалу энергии
электромагнитного поля (ЭМП), режимных характеристик и параметров агента сушки.
Для достижения цели определены задачи:
провести аналитические исследования процессов тепломассопереноса в древесине и технологий диэлектрической сушки пиломатериалов;
теоретически обосновать возможность совершенствования контроля СВЧ-сушки древесины с калориметрическим измерителем поглощенной мощности и разработать математическую модель контроля и регулирования процесса СВЧ-сушки древесины, позволяющую исключить электрический пробой в древесине и внутреннем пространстве СВЧ-сушильной установки;
выполнить теоретический расчет и обоснование технических характеристик СВЧ лесосушильной экспериментальной установки резонаторного типа;
разработать методику проведения экспериментального исследования процесса сушки пиломатериалов в СВЧ-лесосушильной камере с созданием экспериментальной установки;
провести анализ результатов исследования, (энергетические характеристики и параметры резонатора СВЧ сушильных камер) и разработать рекомендации для создания усовершенствованной системы контроля и управления процессом сушки древесины в камере СВЧ.
Научная новизна диссертационного исследования
разработан и исследован способ контроля процесса сушки древесины в СВЧ лесосушильной камере резонаторного типа;
создано измерительное устройство на основе калориметрического метода измерения интегральной влажности древесины;
разработана математическая модель системы контроля процесса сушки древесины в поле СВЧ;
разработан проект эмулятора в программном приложении С# на основании функциональной зависимости измерения влажности древесины с универсализацией технологических режимов сушки разных пород древесины, что позволяет моделировать автоматизированный процесс контроля СВЧ-сушки древесины;
научно обоснована и доказана эффективность управления процессом контроля сушки древесины в микроволновой камере повышением энергетического КПД.
Практическая значимость: Применение разработанной системы контроля и управления процессом сушки древесины в СВЧ-лесосушильной камере резонаторного типа позволяет повысить надежность сушильной установки и качество сушки пиломатериалов.
Методы исследования. Использованы методы математического моделирования, физического эксперимента, обоснованные методики научного поиска, проведение теплофизических исследований, планирования
экспериментальных исследований, теории вероятности и математической статистики.
На защиту выносятся:
результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса контроля сушки древесины в СВЧ-лесосушильной камере резонаторного типа;
методика проведения исследования процесса контроля сушки пиломатериалов в СВЧ-лесосушильной камере;
математическая модель, адекватно отражающая процесс контроля сушки древесины в СВЧ-лесосушильной камере резонаторного типа, программное приложение C# (эскизный проект эмулятора АРМ СВЧ лесосушильной камеры);
Достоверность результатов исследования подтверждается достаточным объемом экспериментальных исследований; применением методов математического моделирования, теории планирования и статистической обработки результатов многофакторных экспериментов, обеспечивающих достаточную сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований; применением сертифицированных измерительных систем и приборов.
Апробация работы.
Основные результаты исследований работы представлены на научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО Северный (Арктический) федеральный университет, г. Архангельск (САФУ) в 2011-2015 гг.; IV Международной научно-технической и научно-методической конференции «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО-2015)», СПбГУТ (г.Санкт - Петербург, 2015г.). 4.
Публикации.
По результатам исследований опубликовано 12 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных по перечню ВАК, получен патент РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения пяти глав, заключения, библиографического списка из 169 наименований, основной текст изложен на 162 страницах, содержит 33 рисунка и 16 таблиц.
Электрофизические явления в древесине при воздействии электромагнитного поля (ЭМП)
Для определения массы не обязательно удалять воздух, пренебрегая массой воздуха по сравнению с массой древесины. Однако трудно достичь полного заполнения пустот в исследуемой древесине вследствие ряда причин. Точность измерения объема зависит от размера молекул используемого для заполнения пустот вещества.
Плотность абсолютно сухой древесины р0 определяется удельной объемной массой древесины при отсутствии в ней воды. Р =р Ji-П)Po=?b (і.з) Д-В{ 100 J v0 где т0- масса абсолютно сухого образца; V0- объем абсолютно сухого образца. Базисной плотность определяется в результате отношения массы абсолютно сухой древесины к максимальной величине объема вещества: РБ=Щ /У1т (1.4) Зависимость между р0 и рд в имеет вид: р =р Ji-П) (1.5) 0 Д-\ 100 J Из таблицы 1.2 следует, что при одинаковом компонентном составе количественные характеристики древесины определяются породой. «Макростроение свидетельствует о неоднородности материала в макромасштабе для любых пород древесины. Микро строение демонстрирует сложность компонентных связей и отличительные особенности для каждой породы древесины. При малой влажности древесина обладает максимальной прочностью и упругими свойствами. Разрушение такого материала происходит по законам хрупкого тела, что позволяет рассматривать сухую древесину как дисперсно-упрочненный композит. Во влажном состоянии древесина становится менее прочной» [41]. При воздействии механической нагрузки снижается величина упругой деформации, появляются пластические деформации, древесина приобретает реономные свойства.
Теплофизические свойства древесины определяются теплоемкостью, теплопроводностью, температуропроводностью и тепловым расширением.
Теплоемкость материала характеризуется его способностью аккумулировать тепло. Количественный показатель этого свойства удельная теплоемкость С, представляет собой количество теплоты (энергии), которое необходимо для нагревания 1-го кг. массы материала на 1 К. Поэтому размерность удельной теплоемкости кДж/кгК.
Древесина, являющаяся трехфазной системой, состоит из древесинного вещества, воды и воздуха. В абсолютно сухой древесине содержится максимальное количество воздуха. Однако вследствие крайне малой массы воздуха теплоемкость сухой древесины практически равна теплоемкости древесинного вещества и не зависит от породы древесины [41].
Качество древесины определяется в значительной мере параметрами окружающей среды и закономерностями распределения влажности по сечению материала. Поэтому большое внимание направлено на изучение процессов теплообмена и массообмена, прочностных характеристик и возникновению сушильных напряжений и деформаций в древесине в процессе сушки. Профессор П.С. Коссович одним из первых ученых России исследовал перемещение влаги в капиллярно-пористых телах. Позднее общая теория сушки была рассмотрена А.В. Лыковым в работах [70 - 78]. Вопросам сушки были посвящены также работы П.Д. Лебедева [66], Б.А. Поснова , В.А. Баженова [4], И.В. Кречетова[60], И.М. Федорова, А.И. Фоломина, П.С. Серговского [107-115], Г.С. Шубина [143-150] и других авторов.
Как известно, между древесиной и водой существуют физико-химические связи. Классификация видов и форм связи влаги, основанная на величине энергии связи, была предложена П.А. Ребиндером. По этой классификации всю влагу коллоидного капиллярно-пористого тела, каким является древесина, можно разделить (по степени нарастания величины энергии связи А) на следующие виды:
Наиболее прочно удерживается древесиной химически связанная вода (гидратная или кристаллогидратная), молекулы которой входят в состав основного вещества и освобождаются лишь в результате химического взаимодействия.
Здесь следует отметить, что при измерении влажности по методу микровлагометрии не учитывают химически связанную воду (при диэлькометрическом методе химически связанная вода обладает значительно меньшей диэлектрической проницаемостью = 4,5...5,8) [137]. В большинстве применяемых на практике нормативных документов (стандартов, технологических инструкциях) основываются на учете только свободной влаги, (диэлектрическая проницаемость св. 80).
В процессах десорбции затрачивается не только энергия на испарение влаги, равная удельной теплоте парообразования, но и дополнительная энергия, расходуемая для разрыва молекулярных связей между влагой и древесиной. Величина удельной теплоты парообразования зависит от температуры десорбции воды. Зависимости удельной теплоты парообразования от температуры приводятся в справочниках по физике и теплотехнике. Температуре 0 С. соответствует максимальная величина удельной теплоты парообразования 2500 кДж/кг. При повышении температуры величина удельной теплоты парообразования снижается по гиперболическому закону. И при температуре около 340 С она составляет 1000 кДж/кг, а при температуре 373 С величина удельной теплоты парообразования становится нулевой. Энергетическое взаимодействие древесины с влагой рассмотрено в работе П.А. Ребиндера [100]. Математическое выражение, определяющее энергию A связи воды с древесиной, в результате преобразований, выполненных Г.С.
Повышение энергетической эффективности процесса сушки древесины в поле СВЧ
Активная составляющая тока / обусловлена релаксационными потерями поляризации. Таким образом, сумма токов Іпр +Ґ является активной составляющей 1а, а ток смещения идеального диэлектрика, фаза которого опережает активную составляющую на 90, - реактивной составляющей 1г суммарного тока в диэлектрике. Угол = 90 - называют углом диэлектрических потерь. Количественно потери оказываются пропорциональны tg. Тангенс этого угла равен отношению активного и реактивного тока или, иначе активной Ра и реактивной Рг мощности: tgS = I alJr =P a/P r Таким образом, диэлектрические потери в древесине служат для определения мощности, затрачиваемой на нагрев материала, находящегося в диэлектрическом поле. Удельная мощность излучения Р д в режиме согласования равна мощности потерь РП, подаваемой в резонансную камеру, отнесенная к объему загруженных материалов Vдрев: уд =E2a)r0tgS (1.14) Здесь необходимо обратить внимание на то обстоятельство, что сушильная камера при осуществлении периодической сушки древесины микроволновым резонансным методом стоячей волны представляет собой микроволновый резонатор, важным энергетическим параметром которого является добротность. Добротностью Q называют отношение реактивной энергии W, запасенной в колебательной системе на частоте резонанса к мощности потерь РП, т.е.: Q = 27ifp (1.15) -V7Z
В реальных условиях объемный резонатор обладает потерями, если резонатор нагружен, то к средней мощности потерь в резонаторе Рпъ следует прибавить среднюю мощность, отдаваемую резонатором в нагрузку Рн. При этом выражение для добротности нагруженного резонатора запишется следующим образом: QH=coP = о)Р 1 = Q 1 (1.16) PPnz + PH Рпъ 1 + Рн/Рпх 1 + Рн/Рпх
Следовательно, исходя из этого выражения, при уменьшении мощности потерь может сколь угодно увеличиваться добротность, а, следовательно -реактивная энергия резонатора. Впрочем, на практике конструктивная добротность Q микроволновых сушильных камер, как правило, не превышает 100. А это значит, что реактивная энергия резонатора сушильной камеры увеличивается в Q -раз, т.е. проекция на мнимую ось комплексного вектора напряженности Е электромагнитного поля тоже увеличится в Q -раз. Еще добротность можно выразить через соотношение: Q = a pa/cr = l/tgS. Увеличение реактивной энергии становится возможным исходя из комплексного характера мощности источника сторонних сил.
Теперь следует подробно остановиться на предрасположенности микроволновых сушильных камер к электрическому пробою в объеме сушильного агента, которым является воздух, вода и водяной пар в объеме материала, которым является древесина. Как известно, факторами этой предрасположенности являются критическая напряженность ЭМП, неоднородная структура поля. «Предполагается, что плотность вероятности роста разрядного канала соп в том или ином месте диэлектрика прямо пропорциональна квадрату проекции локальной напряженности поля Еп на направление роста напряженности Я, если величина проекции превосходит критическое значение Ес , ЕП ЕС и равна нулю, если Еп ЕС: щП = а-(ЕП-Ес)-Е2П, где - коэффициент скорости роста; ( ) - ступенчатая функция, ( ) = 1 при х 0 и (х) = 0 при х 0.
Электрический пробой конденсированных диэлектриков, подобных древесине сопровождается ростом стохастически ветвящейся разрядной структуры, состоящей из высоковольтных проводящих плазменных каналов. Рост разрядной структуры начинается в области максимальной напряженности поля, как правило, вблизи структуры неоднородности. Образование каналов проводимости обусловлено фазовым переходом материала из непроводящего состояния в проводящее (расплав, плотная плазма)» [51]. Исследования явления электрического пробоя диэлектриков начали проводиться давно в связи с проведение анти аварийных мероприятий на энергетических объектах, и в настоящее время существует множество монографий, посвященных этим исследованиям. «Несмотря на многолетние и многоплановые исследования электрического пробоя диэлектриков, количественная теория роста разрядных структур до сих пор не создана» [51]. Но, тем не менее, существуют модели развития разряда в рамках стохастически-детерминистического подхода, описывающие рост разрядных каналов, изменение электрического поля, движение зарядов и изменение проводимости каналов.
Основными видами предпробивной неустойчивости, приводящей к образованию разрядных каналов пробоя, является тепловая, электромеханическая, ионизационная и перегревная. Основным процессом, приводящим к образованию проводящей фазы, является генерация и взаимодействие носителей зарядов с атомами и молекулами среды в сильном электрическом поле. Для древесины свойственна тепловая неустойчивость для компонентов с сильной зависимостью проводимости от температуры 7(Г) и существующей положительной обратной связью между ними. С увеличением проводимости увеличивается мощность джоулевого тепловыделения оЕ2, что приводит при ограниченном теплоотводе к возрастанию температуры. В результате электромеханической неустойчивости в результате пондеромоторных сил происходят изменения в диэлектрике – микротрещины. В сильном электрическом поле происходит ионизация находящегося в них газа и инжекция заряда в микротрещины. В жидких компонентах древесины под действием этой силы образуется электрогидродинамическое движение (ЭГД-течение), что приводит к образованию кавитационных пузырьков [68]. Образование носителей заряда в результате электростатической и ударной ионизации приводит к ионизационной неустойчивости. Ионизационная неустойчивость развивается вследствие преобладания энергии приобретаемой от электрического поля над энергией потерь, при взаимодействии со средой. В связи с разогревом носителей заряда в диэлектрике возникает перегревная электрическая неустойчивость.
Методический план проведения экспериментального исследования (основные факторы и обоснование оценочных показателей эксперимента)
При этом наибольшую мощность РМАКС генератор отдает в нагрузку при комплексно-сопряженном согласовании их сопротивлений, т.е. при RГ = RH и ХГ = -Хн . Эта мощность называется располагаемой мощностью генератора, и ее значение РМАКС =UГ 2/4RГ. При подключении нагрузки к генератору через линию передачи согласование усложняется. Электромагнитная энергия передается от генератора к нагрузке, как правило, по однородной линии с распределенными параметрами, определяющими ее волновое сопротивление = JL/C . Для простоты полагают, что такие линии вносят потери настолько малые, что ими можно пренебречь. И тогда мощность, отдаваемая генератором в согласованную с его сопротивлением линию, нагруженную на любое сопротивление ZH, определяется по формуле: 2 РН=РМАКС(1-ГН ), где ГН - коэффициент отражения от нагрузки по напряжению. Если волновое сопротивление линии передачи согласовано с сопротивлением нагрузки (ZH = ), то коэффициент отражения равен нулю, и к нагрузке поступает максимальная мощность. Измерение поглощаемой мощности калориметрическим методом относится к наиболее точным измерениям высокочастотной мощности больших и средних значений практически на любой частоте. Он основан на преобразовании электромагнитной энергии в тепловую энергию» [65].
На практике при использовании СВЧ резонаторной лесосушильной камеры не удается получить идеальное согласование генератора с нагрузкой, вместе с мощностью падающей волны существует мощность отраженной волны, которая распространяется в обратном направлении, отразившись от нагрузки, которой является пиломатериал в сушильном штабеле. Тогда мощность проходящей волны Рпр можно выразить следующим соотношением: Рпр = РП-Р0 = РП(1-ҐН2) (2.10) где Рп и Р0 - мощности падающей (поглощенной) и отраженной волны, Гн -коэффициент отражения от нагрузки. Для измерения проходящей мощности применен метод ответвления, который реализуется с помощью измерительной линии, представляющей собой волновод с направленными ответвителями НО1 и НО2. Схема реализации этого метода приведена на рис.2.1.
Направленные ответвители НО1 и НО2 с одинаковыми характеристиками и противоположными ориентациями включены последовательно в линию передачи. Ответвленные мощности падающей и отраженной волн измеряются поглощающими ваттметрами ВТ1 и ВТ2. Результаты, измеренные каждым ваттметром, поступают на вычитающее устройство ВУ, на выходе которого включен измеритель W магнитоэлектрического типа, градуированный в значениях единиц мощности. Его показания, в соответствии с формулой (2.10), пропорциональны проходящей мощности, и для определения поглощенной мощности прибор отградуирован в единицах поглощенной мощности.
При анализе процессов в объемных резонаторах полагают, что диэлектрик, заполняющий объем резонатора, идеален, и отсутствуют потери в металле. В тех случаях, когда объем резонатора, заполнен воздухом, предположение об идеальности резонатора близко к истине. Резонатор СВЧ лесосушильной камеры используется для сушки древесины, которая является природным биокомпозитным материалом, содержащим в своем составе множество разнородных как органических, так и неорганических веществ с различной удельной проводимостью, поэтому необходимо учитывать начальную и конечную проводимость древесины, являющуюся нагрузкой резонатора, которая изменяется в процессе сушки.
Таким образом, в реальных условиях объемный резонатор сушильной камеры обладает потерями. В колебательной системе потери оценивают добротностью. Это понятие применено для оценки потерь энергии в объемных резонаторах СВЧ- лесосушильных камер. Добротность Q это умноженное на 2 отношение энергии W, запасенной в колебательной системе, к энергии WПТ , теряемой в этой системе в течение периода колебаний:
Энергию потерь можно выразить как произведение мощности потерь Рпу = Рщ + РШЕТ, под которой подразумевается суммарная мощность потерь в диэлектрике и металле объемного резонатора, на время, т.е. период колебаний ТР, соответствующий резонансу: Wm = Рп Тр Период колебаний ТР связан с частотой колебаний fp соотношением Тр =l/fP, следовательно WnT = Рпу I fp . При этом Q = 2nfP , (2.11) где 2ж/ =о - угловая резонансная частота. Выражение (2.11) является основным для определения добротности колебательной системы. Полная энергия электромагнитного поля, заключенная в объеме V : J где H и E - мгновенные значения магнитного и электрического полей в объеме V ; Я, а- абсолютная магнитная и диэлектрическая проницаемость.
Таким образом, полная энергия поля представляет собой сумму мгновенных значений энергий магнитного и электрического полей. В колебательной системе происходит непрерывное преобразование электрической энергии в магнитную энергию и обратно. Максимальному значению магнитного поля соответствует нулевое значение электрического поля и наоборот. Поэтому вместо суммы мгновенных значений магнитной и электрической энергий в выражении (2.12) можно взять максимальное значение магнитной, или электрической энергии: w = Ma kdv = cAdv, (2.13) где Нт и Ет - максимальные значения магнитного и электрического полей. Потери на нагревание древесины, обусловленные взаимодействием микроволновой энергии с материалом, связанные с поглощением мощности облучающей волны, определяются согласно (2.11), учитывая что Q = 1tgS. Энергия электромагнитного поля W, запасенная в объеме V резонатора определяется соотношением (2.13) для электрической составляющей поля, поскольку магнитная составляющая поля, определяющая потери в металле корпуса сушильной камеры, имеет достаточно малые значения. Мощность потерь рпд в древесине характеризуется удельными потерями руд.
Расчет коэффициентов уравнения регрессии
Результаты опыта приведены на рис.3.4, а, выбран диапазон интервалов и уровни варьирования факторов на линейном участке экспериментальной характеристики рис.3.4, б, с учетом того, что повышение температуры, а, следовательно, поглощенной мощности РН при уменьшении влажности, является признаком предпробойных явлений. Насыщение характеристики при максимальной влажности свидетельствует о перегрузке генератора. Процесс измерения затухания (влажности) представлен функцией dH = F(РГ, PH,). 2. Регрессионную модель измерителя влажности исследуемого объекта выбрали на основании экспериментального исследования в результате аппроксимации линейной функции (3.6) полиномом первого порядка. dH(РГ, PH) = a0 + a1PГ + а2РН (3.7) 3. На основании раздела 3.2 выбран план проведения эксперимента и разработана его матрица в нормализованных обозначениях (таблица 3.2, полный факторный план для двух переменных факторов ПФП 22). 4. На основании экспериментальной характеристики измерителя поглощенной мощности РН (рис. 3.4) определён диапазон, интервалы и уровни варьирования факторов. 5. В результате проведения разведывательных опытов с числом наблюдений n 50 проверяется нормальность распределения выходной величины и определяется необходимое число наблюдений в каждом основном опыте. 6. По функциональному соотношению результатов теоретического исследования для энергетического параметра – затухания нагруженного резонатора dH получена зависимость функции затухания экспериментальной СВЧ-резонаторной сушильной камеры, которая одновременно является и градуировочной характеристикой измерителя влажности в процессе сушки древесины. Результатом является абсолютная влажность материала, находящегося в резонансной камере. 105 Основные опыты проведены согласно плану планирования эксперимента, по результатам наблюдений которых вычислены: - среднее значение выходной величины У] = їи=іУ]и (3-8) где yju - значение выходной величины в u-м наблюдении j-го опыта; п - число наблюдений в опыте - дисперсия выходной величины =ЛіО -)7,)2, (3-9) п-\ и=1 по максимальной дисперсии проверяется однородность дисперсии опытов 7. Коэффициенты регрессии определены по формулам (3.5), (3.7) и составлено уравнение регрессии с нормализованными обозначениями факторов. 8. При условии однородности дисперсии опытов по G-критерию Кохрена выполнен статистический анализ полученного уравнения регрессии. Определена значимость коэффициентов уравнения регрессии и его адекватность с целью проверки степени приближения уравнения к выходной величине. Результаты статистической обработки эксперимента и регрессионный анализ (процедура расчета коэффициентов уравнения регрессии) приведены в следующей главе.
На втором этапе запланировали проведение экспериментальной сушки образцов древесины в СВЧ-сушильной камере для подтверждения адекватности разработанного способа контроля и регулирования процесса сушки древесины в СВЧ лесосушильной камере резонаторного типа. Регулировку подведенной мощности производили для функции затухания (6) для древесины ели.
Образцы древесины укладывали в камеру в один - два ряда в зависимости от толщины с учетом того, что максимальная подведенная мощность экспериментальной сушильной установки 1 кВт, а масса древесины при влажности 100% составляет 2 кг.
Так как использование теоретической градуировочной характеристики dH (рис. 2.2), не представляется возможным для осуществления качественной сушки древесины в камере резонаторного типа в связи с особенностями, описанными в главе 2 теоретического исследования, применили предложенный нами защищенный патентом способ контроля сушки древесины. (патент на изобретение №2530983 РФ).
Размеры модели штабеля древесины выбирали исходя из размеров сушильной установки. Объем загружаемого материала определили, основываясь на мощности нагрузки РН, которая определялась калориметрическим методом измерения (3.4). Производили сушку древесины, варьируя мощность генератора РГ , которая имеет максимальное значение, и уменьшается в конце сушки примерно до 10% от начальной мощности. Исследования выполняли на образцах ели (для каждой породы древесины необходимо определять свой режим сушки, что должно быть учтено при написании управляющей программы). Образцы представляли собой отрезки сортимента (290G50G25) мм. Загрузка сушильной камеры проводилась при согласовании мощностей нагрузки РН и генератора РГ. По прикидочным расчетам для начала сушки при РГ = 1кВт для максимальной начальной влажности W = 100% (реально влажность составляла 70-75%) загрузка была выбрана из 8 образцов в два ряда с прокладками. Измерение температуры проводили измерителями температуры на входе и выходе установки после вентилятора, которым проводилась конвекция сушильного агента.
Для установления адекватности эксперимента проводилось измерение влажности штабеля древесины (интегральное значение) путем взвешивания и расчета по соотношению W% = (m-m0)/m0-100%, где m - масса влажной древесины; то - масса абсолютно сухой древесины.
Массу абсолютно сухой древесины определили выдерживанием контрольных секций в сушильном шкафу в течение суток, периодически проводя взвешивание в соответствии с требованиями «Руководящих технических материалов по технологии камерной сушки пиломатериалов» [122] Взвешивание при проведении эксперимента производилось на электронных весах CAS AD-25 с разрешающей точностью 5г. Взвешивание досушенных секций производилось на электронных аналитических весах VIBRA AJH-620CE с дискретностью 0,001 г При фиксированной выходной мощности питающего генератора СВЧ задается время взаимодействия t высушиваемой древесины с полем многих мод в резонансной камере. Измеряя температуру исследуемого материала перед помещением в замкнутый объем TiC, а затем температуру Т2С материала после взаимодействия по разности температур AT = Т2 - Тх произвели расчет поглощенной мощности РПОГЛ., используя калориметрический способ измерения поглощенной мощности