Введение к работе
Актуальность темы.
Повышение эффективности работы предприятий лесного комплекса в условиях рыночной экономики при спаде всего промышленного производства и обострения конкуренции с зарубежными технологиями, в существенной степени зависит от качества выпускаемой продукции, ее экологической безопасности, а так же стоимости, определяемой энергоемкостью процессов и металлоемкостью оборудования.
Для того, чтобы выиграть в конкурентной борьбе и быть уверенным в дальнейшей перспективе, необходимы принципиально новые технологии и новые производства.
Это в свою очередь требует принципиально нового подхода к процессам производства и глубокого теоретического обоснования.
Актуальность темы вызвана тем, что в современном
технологическом процессе лесозаготовительных и
деревообрабатывающих производств процессы обезвоживания и пропитки играют существенную роль для получения продукции высокого качества с высокими потребительскими свойствами.
Процессы обезвоживания и пропитки (как процессы энерго-массо-переноса) в технологиях лесопромышленных производств осуществляются силовыми полями различной физической природы: гравитационной, центробежной, капиллярной, электромагнитной и др.
Сложность теоретического построения процессов переноса в древесных средах обуславливается анатомическими особенностями строения пространственно-временной структуры водопроводящих путей древесины.
В настоящее время накоплен большой эмпирический материал по структурным, механическим, электрическим и др. свойствам материала древесины. Ха этим этапом следует важный аналитический этап построения уравнений законов сохранения и их решения для сложных процессов энерго-массо-структуро-переноса в материале древесины.
Здесь необходимо выделить две стороны исследования: теоретическую и практическую. Теоретическая строится на фундаментальных основах механики сплошных сред,
' статистической механики, биофизики, информатики и др. разделах естествознания. Практическая сторона определяется запросами производств. Актуальность аналитических исследований обусловлена еще и тем, что решение задач процессов переноса в древесном материале и древесной среде на основании теории размерности и подобия путем построения уравнений регрессии становится дорогостоящим, малоинформативным и недостаточным для создания современных наукоемких технологий. Цель работы. Создание математической модели переноса вещества в материале древесины для повышения эффективности технологических процессов обезвоживания и пропитки лесоматериалов, снижения энергоемкости и сроков обработки лесоматериалов, экономии пропитывающих составов, получение клеточного сока как нового лесопродукта. Объекты и методы исследования. Процессы обезвоживания и пропитки как процессы переноса в лесоматериалах при воздействии силовых полей различной физической природы используются в технологических процессах лесного комплекса, в лабораторных и производственных условиях. Теоретические исследования проведены с привлечением основ статистической механики, механики сплошных сред, теории групп и др. Научная новизна. Научной новизной обладают: Феноменологическая модель реологии вязко-фильтрационного тела и спектры размеров структуры капиллярно-порового пространства водопроводящих путей древесины, построенные на основании теории статистических инвариантов; Спектры параметров состояния процессов в стационарных условиях и однородных условиях и однородных полях в динамических системах с большим числом степеней свободы; 5" Методология оценки роста древостоев и развития технологических процессов с позиции теории групп в информационно-физическом пространстве; Закономерности движения вязко-фильтрационной жидкости в процессах обезвоживания и пропитки древесины; Расчетные формулы для определения основных параметров состояния процессов обезвоживания и пропитки в силовых полях: центробежном, баротермическом и пьезотермическом; Уравнения движения пачки лесоматериалов на вращающейся струне как самобалансирующейся системы, условия самобалансировки и устойчивости вращения. Научные положения, выносимые на защиту: Процессы переноса вещества-энергии-структуры в материале древесины, самого материала в технологических процессах, естественного воспроизводства древесины и развития технологий описываются единой феноменологией в форме группы путей движения в информационно-физическом пространстве (информационный параметр состояния, внутренняя фаза развития и внешнее время); Спектры размеров капилляров (пор) по размерам и их пространственно-временное распределение в материале древесины можно построить на основании представлений теории статистической инвариантности; Математическая модель движения маловязкой жидкости в капиллярно-поровом пространстве материала древесины как суперпозиция структуризированного ( капиллярного) течения, описываемого уравнениями Навье-Стокса, и деструктуризированного (порового), описываемого обобщенным уравнением фильтрации Дарси; Выполненные статистические построения пространственно-временной структуры водопроводящих путей древесины позволяют записать целостную систему уравнений переноса вещества-энергии- структуры, что позволяет выстраивать механику Естествознания; Совмещение основного силового поля с акустическим, которое вызывает локальные автоколебания скорости движения жидкости в материале способствует интенсификации процессов переноса вещества; Группа симметрии движения в информационно-физическом пространстве, как группа гармонического развития всех связанных структур лесного комплекса. Значимость для теории и практики. Разработанная и экспериментально проверенная математическая модель сложных процессов переноса в материале древесины, уравнения развития древостоев и технологических структур, а так же, установленные статистические закономерности формирования параметров состояния стационарных процессов и однородных полей, расширяют и углубляют представления теории технологических процессов обезвоживания и пропитки лесоматериалов и вносят существенный вклад в науку лесопользования. Практическая значимость работы состоит в том, что разработан и апробирован на практике математический аппарат расчета основных параметров процессов обезвоживания и пропитки лесоматериалов в силовых полях различной физической природы, которые позволяют сформулировать направление развития перспективных технологий в лесном комплексе. Полученные в работе результаты могут быть использованы при создании более эффективного оборудования в лесо-дерево обрабатывающем производстве, технологического процесса лесозаготовок и транспорта. В соответствии с координационным планом развития научно-исследовательских работ Минлеспрома СССР, Госкомитета по науке и технике и Минвуза РФ данное научное направление развивалось как фундаментальное построение механики древесных сред и теоретических основ лесотехнической гидродинамики древесины. С 1982г. по 1996г. были выполнены НИР с номерами государственной регистрации тем: 01826058033, 01840083396, 01860029651, 0188003944, 01890085249, 01910053484, 01910056803, 02910000178,01940005145. Автор диссертации являлся ответственным исполнителем этих научно-исследовательских работ. Апробация работы. Основные результаты исследований и положения обсуждались и были одобрены: На научных конференциях по итогам НИР (1982-1998гг.) На международных и Всероссийских конференциях (Минск 1968г., Ленинград 1973г., Санкт-Петербург 1995г., Москва 1997 г., Петрозаводск 1998 г.) На научных конференциях в вузах (ЛГМИ 1975г., ЛГУ 1978г., СПГАСУ 1997г.) Публикации. По материалам диссертации опубликовано 28 работ. Результаты исследований представлены в 22 научно-исследовательских отчетах. Получено 6 авторских свидетельств и 3 патента РФ. Объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми разделов, заключения, списка используемой литературы. Основное содержание работы изложено на 183 страницах машинописного текста, иллюстрировано 47 рисунками. Список используемой литературы включает 174 наименования.
лесозаготовительных и лесо-деревообрабатывающих
древесины и древесных сред как нового и в известной
мере самостоятельного научного раздела