Введение к работе
Актуальность темы. Сушка древесины является важнейшей составляющей технологического процесса, во многом определяющей качество конечного продукта деревообработки, поэтому совершенствованию технологии сушки пиломатериалов придается большое значение. Применяемые на практике режимы сушки и существующие системы регулирования процесса сушки не обладают возможностью автоматически адаптироваться к изменяющимся во времени характеристикам агента сушки и состоянию высушиваемого материала. Одним из перспективных направлений повышения эффективности процесса конвективной сушки является разработка адаптивных систем управления, имеющих обратные связи по параметрам режима процесса и текущему влажностному состоянию пиломатериалов.
Нормативные и справочные источники регламентируют применение ступенчатых режимов сушки, заданных в форме зависимости параметров сушильного агента от времени. Такой способ управления процессом сушки не позволяет получить требуемые динамические характеристики изменения влагосодержания материала во времени. Он косвенно учитывает особенности физических свойств древесины, её влажностное состояние, но не имеет обратных связей по текущему состоянию пиломатериалов в процессе сушки. Совершенствование технологического процесса сушки может быть осуществлено с переходом на управление по фактическому влажностному состоянию пиломатериалов. При этом следует отметить, что существующие средства и расчетные методы определения динамики процесса влагопереноса в древесине не позволяют решить эту задачу на качественном уровне и требуют научно-обоснованного подхода с использованием современных средств математического обеспечения. Поэтому проведение исследований в данном направлении является актуальным.
Цель и задачи исследований. Цель работы – совершенствование технологии конвективной сушки древесины на основе моделирования динамики процесса влагопереноса путем повышения достоверности и точности определения содержания влаги в древесине в процессе сушки на основе методов математического моделирования.
Задачи исследования:
провести анализ расчетных методов определения влагосодержания древесины в процессе сушки;
разработать методику математического моделирования динамики процесса сушки с применением современных методов математического анализа.
сопоставить результаты разработанного численного метода расчета влагопереноса в древесине с известными методами, применяемыми в практике сушки древесины;
провести экспериментальные исследования нестационарных полей распределения влаги в поперечном сечении пиломатериалов в процессе конвективной сушки, сопоставить экспериментальные данные с разработанной моделью процесса влагопереноса.
Научная новизна результатов исследований
-
Впервые дано научно-обоснованное и подтвержденное экспериментально математическое описание динамики процесса конвективной сушки древесных сортиментов, позволяющее учитывать изменение во времени влажностного состояния древесины и параметров агента и режима сушки.
-
Предложено математическое описание основных физических свойств древесины как материала применительно к требованиям проведения расчётов с использованием средств вычислительной техники. Создано прикладное программное обеспечение для определения текущего влажностного состояния древесины.
-
Определена динамическая структура нестационарных полей распределения влаги в поперечном сечении пиломатериалов, подтвержденная результатами эксперимента.
-
Доказана адекватность результатов, полученных с использованием расчетной методики, фактическому распределению влаги в древесины.
Достоверность полученных результатов обеспечивается выбором обоснованных допущений, проверкой адекватности примененной модели и подтверждается сравнительным анализом данных, полученных в ходе численного моделирования и натурных экспериментов.
На защиту выносятся:
Результаты исследований динамики процесса переноса влаги в поперечном сечении пиломатериалов в процессе конвективной сушки с применением численных методов.
Методика численного расчета нестационарных полей распределения влаги в пиломатериалах в процессе сушки древесины.
Методика численного представления кинетических коэффициентов уравнений влаго- и теплопереноса для построения конечноэлементной математической модели процесса сушки древесины.
Практическая значимость работы
Результаты исследований позволяют научно обосновать метод расчёта распределения влаги в древесине в процессе сушки древесины с учетом параметров режима сушки, расположения пиломатериалов в штабеле, температурно-влажностного состояния пиломатериалов, изменяющегося в процессе сушки. Разработанное математическое описание динамики процесса сушки может быть положено в основу при создании цифровых систем автоматического управления процессом сушки, которые способны обеспечить повышение качества сушки пиломатериалов.
Реализация результатов работы.
Результаты исследований использованы при разработке оптимизированных режимов сушки сосновых пиломатериалов в лесосушильных камерах периодического действия на ООО «Инфа», г. Архангельск.
Апробация работы.
Основные результаты исследований и положения работы доложены на научно-технических конференциях Архангельского государственного технического университета (АГТУ) 2006 – 2010 гг., Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса», Вологда, 2003 г., 5-й международной научно-технической конференции «Информатизация процессов формирования открытых систем на основе САПР, АСНИ. СУБД и систем искусственного интеллекта», 2009 г., г. Вологда, международной научно-практической конференции «Современная наука и образование в решении проблем экономики Европейского севера», АГТУ, Архангельск, 2009 г.
Публикации. Материалы исследований опубликованы в шести статьях, в том числе две представлены в изданиях по перечню ВАК.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, библиографического списка из 102 наименований, изложена на 148 страницах, содержит 46 рисунков и 4 таблицы.
