Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1. Общие сведения о прессах пропитки древесины 10
1.2. Структура древесины 22
1.3. Математические модели пропитки древесины в поле центробежных сил 27
1.4. Выводы по главе 40
2. Теоретические исследования 42
2.1. Кинетика центробежной пропитки древесины с учетом вязкости и плотности пропиточной жидкости 42
2.2. Выводы по главе 46
3. Методика и аппаратура экспериментальных исследований 47
3.1. Методика подготовки образцов к опытам 47
3.1.1. Методика проведения опытов 49
3.1.2. Методика обработки результатов экспериментов по исследованию влияния процентного содержания поздней древесины на показатели процесса центробежной пропитки древесины сосны и ели 54
4. Результаты экспериментальных исследований 59
4.1. Результаты экспериментов по исследованию влияния процентного содержания поздней древесины на показатели процесса центробежной пропитки древесины сосны и ели 59
4.2. Результаты экспериментов по определению коэффициента фильтрации пропиточной жидкости с учетом ее вязкости 80
4.3. Выводы по главе 90
Общие выводы и рекомендации 91
Библиографический список 93
- Математические модели пропитки древесины в поле центробежных сил
- Кинетика центробежной пропитки древесины с учетом вязкости и плотности пропиточной жидкости
- Методика обработки результатов экспериментов по исследованию влияния процентного содержания поздней древесины на показатели процесса центробежной пропитки древесины сосны и ели
- Результаты экспериментов по определению коэффициента фильтрации пропиточной жидкости с учетом ее вязкости
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Комплексное использование лесных ресурсов, акцент на которое делается в рамках современной концепции развития лесопромышленного комплекса Российской Федерации (которая основана на принципах неистощительного природопользования), невозможно без вовлечения в переработку низкотоварной древесины. Для повышения эксплуатационных свойств такой древесины разработаны различные способы модификации. Отдельное место среди этих способов занимает пропитка древесины различными химическими соединениями. Способов пропитки известно несколько: пропитка вымачиванием, автоклавная пропитка, пропитка в поле центробежных сил (с использованием центрифуг, также «центробежная пропитка»). Последний способ представляется особый интерес, поскольку обладает рядом преимуществ: глубокая пропитка древесины происходит за сравнительно короткое время, при этом не требуется использовать энергоемкое и сложное по конструкции оборудование, как, например, при автоклавной пропитке. Все это облегчает внедрение технологических процессов модификации низкотоварной древесины путем пропитки на лесопромышленных складах.
Дальнейшее совершенствование центробежного способа пропитки требует проведения дополнительных исследований. Анализ литературных источников показывает, что до настоящего времени не исследован вопрос равномерности распределения пропиточной жидкости во внутреннем пространстве пропитанной древесины. Кроме того, не проводились исследования про-питываемости древесины с учетом процентного соотношения зон ранней и поздней древесины. Ввиду вариативности свойств древесины как объекта пропитки, исследование в указанных направлениях требуют получения значительного объема дополнительных экспериментальных данных и их обобщения. В дополнение можно отметить, что модели, предложенные к настоящему времени для практического использования, составлены только для конкретных пар «порода древесины + пропиточная жидкость», при этом обобщение этих моделей не проводилось.
Таким образом, исследования, направленные на дальнейшее изучение процесса и совершенствование способа пропитки древесины в поле центробежных сил актуальны как для теории, так и для практики.
Степень разработанности темы исследования. Процесс пропитки древесины в поле центробежных сил ранее исследован теоретически в рамках решения задач общей гидродинамики. По полученным теоретическим результатам составлены модели, раскрывающие кинетику центробежной пропитки древесины как при линейном соотношении скорости фронта пропитки и гидравлического напора пропиточной жидкости, так и при нелинейном. В пред-
ложенных ранее моделях для их реализации используется ряд постоянных величин, определяемых экспериментально для каждой конкретной пары «порода древесины + пропиточная жидкость» по разработанным авторами методикам. При этом не делается разделение на зону ранней и поздней древесины, таким образом, обрабатываемая заготовка рассматривается как однородная среда. Кроме того, не исследован вопрос о равномерности распределения пропиточной жидкости во внутреннем пространстве обработанной центробежным способом древесины.
Краткая аннотация работы. Диссертация представляет собой научное исследование, включающее в себя изучение состояния вопроса, постановку цели и задач, теоретический анализ процесса пропитки древесины в поле центробежных сил с составлением математической модели, экспериментальное исследование этого процесса с учетом процентного соотношения зон ранней и поздней древесины в экспериментальных образцах, практическую реализацию работы в виде рекомендаций по практической реализации результатов исследования.
Целью работы является совершенствование способа пропитки древесины при помощи центрифуг.
В соответствии с целью работы сформулированы следующие задачи исследования:
-
Разработать общую модель процесса пропитки древесины в поле центробежных сил с учетом свойств пропиточной жидкости (вязкость, плотность).
-
Разработать методику проведения экспериментальных исследований процесса пропитки древесины в поле центробежных сил с учетом соотношения зон ранней и поздней древесины.
-
Провести экспериментальные исследования с целью установить влияние соотношения зон ранней и поздней древесины на показатели ее пропитываемости.
-
Провести экспериментальные исследования распределения пропиточной жидкости во внутреннем пространстве древесины после пропитки в поле центробежных сил.
-
Провести экспериментальные исследования по определению влияния физико-химических свойств пропиточной жидкости (вязкость, плотность) на показатели пропитываемости древесины в поле центробежных сил.
Объект исследований: деревянные заготовки подвергающиеся пропитке в поле центробежных сил.
Предметом исследования является процесс пропитки деревянных заготовок в поле центробежных сил с учетом влияния процентного соотноше-
ния зон ранней и поздней древесины на кинетику пропитки и равномерность распределения пропиточной жидкости во внутреннем пространстве древесины.
Научная новизна. Разработаны и исследованы модели процесса пропитки древесины жидкостью в поле центробежных сил, отличающиеся учетом влияния процентного соотношения зон ранней и поздней древесины, а также вязкости пропиточной жидкости на кинетику, глубину и равномерность центробежной пропитки, устанавливающие степень и равномерность заполнения внутреннего пространства древесины жидкостью.
Теоретическая значимость работы. Предложенные модели для описания кинетики пропитки древесины в поле центробежных сил, результаты экспериментальных исследований влияния процентного соотношения зон ранней и поздней древесины, а также равномерности распределения пропиточной жидкости во внутреннем пространстве древесины, развивают теоретические представления о пропитке древесины и позволяют обосновывать режимы работы и конструктивные параметры центрифуг для пропитки древесины в различных природно-производственных условиях.
Практическая значимость работы. Полученные результаты влияния процентного соотношения зон ранней и поздней древесины на заполнение внутреннего пространства при центробежной пропитке, а также результаты исследований равномерности распределения пропиточной жидкости, позволяют на практике более объективно подходить к прогнозированию физико-механических свойств модифицированной древесины, а также выбору основных параметров технологического процесса пропитки древесины в поле центробежных сил.
Положения, выносимые на защиту:
-
Общая модель процесса пропитки древесины в поле центробежных сил, построенная с учетом свойств пропиточной жидкости (вязкость, плотность).
-
Результаты экспериментальных исследований влияния процентного соотношения зон ранней и поздней древесины на показатели ее пропиты-ваемости при пропитке в поле центробежных сил.
-
Результаты экспериментальных исследований равномерности распределения пропиточной жидкости во внутреннем пространстве древесины при пропитке в поле центробежных сил.
Методология и методы исследования. Теоретической основой исследования явились работы ведущих отечественных ученых по пропитке древесины. В работе использованы базовые методы научно-технического познания, математического моделирования, измерения и обработки экспериментальных данных.
Автор в своих исследованиях опирался на фундаментальные работы ученых в области теории и технологии первичной переработки и пропитки древесины. Это, в первую очередь, труды В.А. Баженова, С.М. Базарова, В.П. Кожина, И.В. Кречетова, О.А. Куницкой, А.Ю. Мануковского, А.И. Мигаче-ва, Н.А. Оснача, В.И. Патякина, А.И. Расева, А.К. Редькина, П.С. Серговско-го, В.И. Соколова, Б.Н. Уголева, Б.С. Чудинова, В.А. Шамаева И.Р. Шегель-мана и других ученых МГУЛ, СПбГЛТУ, ВГЛТУ, УГЛТУ, ПетрГУ, С(А)ФУ, БрГУ.
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 в поле центробежных сил.
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: ежегодных НТК СПбГЛТУ в 2011–2015 гг., ежегодных НТК Лесоинженерно-го факультета в 2011–2015 гг. МНТИК «Леса России в XXI веке»; Республиканской НПК «Интенсификация формирования и охраны интеллектуальной собственности», (Петрозаводск, 2015); Республиканской НПК «Наука, образование, инновации в приграничном регионе», (Петрозаводск, 2015); МНТК «Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика», (Воронеж, 2014). Исследования выполнялись в створе Перечня Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники РФ, (от 07.07.2011 г.) пункт «Рациональное природопользование». Часть материалов работы получена при выполнении НИР № 01201255482 «Разработка теоретических основ сквозных технологических процессов и модульных систем машин лесозаготовительного производства».
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в семи печатных работах, включая две статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов кандидатских и докторских диссертаций. Результаты исследований также отражены в отчетах по НИР.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы. Общий объем работы 121 страница, список литературы содержит 93 наименования.
Математические модели пропитки древесины в поле центробежных сил
Под перистальтическим способом обезвоживания и пропитки древесины подразумевается ее обезвоживание и пропитка с использованием пары вальцов, перемещающихся по заготовке [1], [12].
Зазор между вальцами меньше толщины заготовки. Этот способ на более высоком качественном уровне объединяет известные методы — прессовый (обезвоживание) и обратных деформаций (пропитка).
Идея перистальтического способа пропитки древесины основана на возможности одновременного механического удаления свободной влаги и создания разрежения во внутренней пористой структуре древесины. Это позволяет удалять свободную влагу и пропитывать древесину, используя эффект быстрого заполнения пропитывающим раствором вакуумированной древесины [1], [12].
К недостаткам способа, помимо неравномерности заполнения внутреннего пространства пропиточной жидкостью, нужно отнести также установленный в результате экспериментальных исследований факт образования поверхностных трещин при малой влажности древесины и при ее значительных деформациях. При этом в середине образцов трещины практически не возникают. Образование их происходит в основном на торцах (в большей степени на заднем). При больших деформациях (до 20 %) у образцов с малой влажностью (10 - 20 %) не только толщина появлялась трещина, но и изменялась форма поперечного сечения. Изменения эти зависят в основном от расположения годичных слоев древесины и выражаются в отклонении сечения от прямоугольной формы.
Пропитка центробежным способом основывается на взаимодействии находящихся в поле центробежных сил пропитывающей жидкости и капиллярно пористой структуры [1], [6]. При использовании центробежного способа значительно, по сравнению с остальными способами, сокращается продолжительность пропитки. Способ центробежной пропитки на центрифуге известен, апробирован и дает при обработке древесины хорошие результаты. Указанный способ характерен тем, что обеспечивает равномерную сквозную пропитку [6].
Результаты экспериментальных исследований центробежной пропитки образцов бука подтверждают выводы об эффективности и качестве пропитки древесины в центробежном поле [1], [12]. Исследования выполнены на образцах размером 60х60х100 мм с начальной влажностью 25-30 %. Для пропитки использовали три вида жидкостей:
Оказалось, что вода и креозот впитываются так быстро, что трудно установить зависимость между временем пропитки и количеством впитанной жидкости. Наибольшая скорость пропитки соответствует начальному периоду (содержание смолы достигает 25-30 %), затем скорость начинает падать [12].
С целью количественной оценки степени проникновения жидкости через боковую поверхность образцов были проведены эксперименты с образцами, у которых боковые стороны были изолированы [1]. Исследователи приходят к выводу, что количество жидкости, поступающей через боковую поверхность образца при центробежной пропитке, значительно меньше, чем с торцовой поверхности. Глубина бокового проникновения жидкости для образцов бука составила 0,5 мм в тангенциальном и 1,5-2 мм в радиальном направлении [1].
Сравнение результатов, полученных при центробежной пропитке древесины, со способом замачивания показало несомненную эффективность центробежного способа пропитки: после 20 минут пропитки образцов на центробежной установке прирост массы образцов составил до 50%, а при замачивании - около 1% [1].
На основании результатов экспериментов по центробежной пропитке авторы [1] пришли к следующим выводам: Жидкость, проникая через боковую поверхность и периферийную торцовую, вытесняет через другую торцовую поверхность воздух, что обуславливает равномерное и интенсивное пропитывание образцов. Давление жидкости на боковых сторонах детали распределяется таким образом, что характер проникновения жидкости исключает возможность сохранения непропитанных зон древесины. При пропитке не образуется зон с защемленным воздухом и не происходит инфильтрации пропиточного состава из древесины. Способ применим для пропитки изделий из древесины со сложным поперечным сечением и наличием пороков (косослоя). Способ применим для пропитки креозотовым маслом древесины, влажность которой выше точки насыщения волокна.
Породы, имеющие ядро, называются ядровыми. Из хвойных пород ядро имеют лиственница, сосна, кедр, тисс и можжевельники, из; лиственных — дуб, каштан съедобный, ясень, бархатное дерево, вяз, ильм, карагач, белая акация, фисташка, шелковица, гледичия, дзельква, платан, грецкий орех, тополи, черемуха, ивы, рябина, яблоня, кизил и др. [21], [22]. Процесс ядрообразования заключается в отмирании живых элементов древесины, закупорке водопроводящих путей, отложении смолы и углекислого кальция, пропитке дубильными и красящими веществами, в результате чего цвет ядровой древесины изменяется, увеличивается ее плотность, стойкость против гниения и механические свойства [21], [22]. Образование ядра происходит различно в зависимости от породы, возраста, условий произрастания и других факторов; в известной мере оно связано с жизнедеятельностью кроны [21], [22].
Древесина ядра мало проницаема для воды и воздуха [21], [22], [23], [24], что имеет положительное значение при изготовлении из нее тары под жидкие продукты и отрицательное — при пропитке древесины антисептиками (ядро обычно не пропитывается). В растущем дереве ядро играет главным образом механическую роль, придавая стволу необходимую устойчивость; вместе с тем ядро может служить хранилищем для воды (у дуба, вяза) [21], [22].
Породы со спелой древесиной (центральная часть ствола отличается от периферической только меньшим содержанием воды в растущем дереве и называется в этом случае спелой древесиной) — спелодревесными; спелую древесину из хвойных пород содержат ель и пихта, а из лиственных — бук, осина и некоторые другие [21], [22].
Кинетика центробежной пропитки древесины с учетом вязкости и плотности пропиточной жидкости
Как показал анализ состояния вопроса, пригодные для реализации на практике модели движения пропиточной жидкости в образце древесины возможно получить на базе законов фильтрации. Для составления общей модели, раскрывающей кинетику движения пропиточной жидкости с учетом свойств пропиточной жидкости, воспользуемся следующей формулировкой закона фильтрации Дарси: где обозначено: V - скорость движения фронта пропитки; К - коэффициент фильтрации, постоянная для определенной породы древесины величина, определяемая экспериментально; /л - вязкость пропиточной жидкости.
После дифференцирования выражения (2.10) по переменной z и подстановки полученной производной в формулу (2.11), получим для скорости перемещения фронта пропитки: у=кРШ .(и-,).(ь-и-,) где W - абсолютная влажность образца древесины, т - масса образца древесины до начала пропитки, В, Н - геометрические размеры поперечного сечения образца (для прямоугольных сечений), С - пористость образца древесины, к - коэффициент заполнения внутреннего пространства пропиточной жидкостью, m - прирост массы образца после окончания пропитки.
1. Аналитическое выражение для расчета времени, за которое фронт центробежной пропитки переместится на заданное расстояние от погруженного в пропиточную жидкость торца заготовки, имеет вид формулы (2.13). Зависимость получена по результатам интегрирования выражения для скорости фронта пропитки, зависящей от его текущего положения и гидравлического напора пропиточной жидкости.
2. Для применения на практике полученной модели (2.13), помимо характеристик жидкости (вязкость, плотность) и параметров процесса пропитки (угловая скорость платформы центрифуги, радиус вращения, количество жидкости в пропиточной емкости), необходимо располагать значением коэффициента фильтрации K, который определяется экспериментально. Экспериментальные исследования пропитки древесины с использованием центрифуги (центробежная пропитка) проводились в лаборатории кафедры Технологии лесозаготовительных производств СПбГЛТУ им. Кирова. Целью экспериментальных исследований являлось: 1. Исследование влияния процентного соотношения ранней и поздней древесины в пропитываемых образцах на скорость центробежной пропитки. 2. Исследование глубины пропитки (отношения объема впитанной жидкости к общему объему порового пространства) ранней и поздней зон пропитываемых образцов древесины. 3. Определение коэффициента фильтрации пропиточной жидкости при варьировании ее вязкости и плотности. В настоящей главе рассматривается методика планирования и проведения экспериментальных исследований, обработки экспериментальных данных, приводятся сведения об основном оборудовании и приборах, использованных при проведении экспериментальных исследований.
Перечень основного оборудования и приборов, использовавшихся при проведении экспериментальных исследований по изучению влияния процентного содержания поздней древесины на показатели процесса центробежной пропитки древесины, представлен в таблице
Образцы для проведения экспериментальных исследований получены при пилении на круглопильных станках тонкомерной древесины сосны и ели, заготовленной летом 2013 года в Охтинском учебно-опытном лесхозе. В ходе экспериментальных исследований использованы образцы древесины сосны и ели с квадратным сечением 45х45 мм (B = 0,045 м, H = 0,045 м), длиной 200 мм.
Температура раствора, использовавшегося для пропитки образцов древесины, составляла 20 0С (контролировалась при помощи термометра). Для проведения исследований отбирались образцы без явных, видимых глазу, пороков (сучки, гниль). Перед каждым опытом измерялась масса образца m, с использованием измеренного значения массы образца рассчитывалась его плотность и пористость C. Для образцов древесины непосредственно перед проведением опытов по исследованию пропитываемости проводилась оценка процентного содержания поздней древесины.
Ежегодный прирост древесины (годичный слой) определяется активностью камбия в летний период и поэтому зависит от «метеорологических событий: засух, влажных периодов, сильных морозов зимой и ранних заморозков весной, жары летом, циклов солнечной активности и даже космических катастроф» [21]. При этом ранняя древесина обращена к середине ствола, более светлая и менее твердая, служит для перемещения воды вверх по стволу. Поздняя древесина более темная и твердая, образуется во второй половине вегетационного периода и выполняет механические функции, определяет прочностные свойства древесины.
Для измерения использовали образцы древесины с гладко выструганной торцовой поверхностью.
На линии длиной L, проведенной на торцовой поверхности образца в радиальном направлении, с помощью измерительной лупы в каждом годичном слое измеряли ширину поздней зоны i (рисунок 3.1).
Методика обработки результатов экспериментов по исследованию влияния процентного содержания поздней древесины на показатели процесса центробежной пропитки древесины сосны и ели
Перечень основного оборудования и приборов, использовавшихся при проведении экспериментальных исследований по изучению влияния процентного содержания поздней древесины на показатели процесса центробежной пропитки древесины, представлен в таблице
Образцы для проведения экспериментальных исследований получены при пилении на круглопильных станках тонкомерной древесины сосны и ели, заготовленной летом 2013 года в Охтинском учебно-опытном лесхозе. В ходе экспериментальных исследований использованы образцы древесины сосны и ели с квадратным сечением 45х45 мм (B = 0,045 м, H = 0,045 м), длиной 200 мм.
Температура раствора, использовавшегося для пропитки образцов древесины, составляла 20 0С (контролировалась при помощи термометра). Для проведения исследований отбирались образцы без явных, видимых глазу, пороков (сучки, гниль). Перед каждым опытом измерялась масса образца m, с использованием измеренного значения массы образца рассчитывалась его плотность и пористость C. Для образцов древесины непосредственно перед проведением опытов по исследованию пропитываемости проводилась оценка процентного содержания поздней древесины.
Ежегодный прирост древесины (годичный слой) определяется активностью камбия в летний период и поэтому зависит от «метеорологических событий: засух, влажных периодов, сильных морозов зимой и ранних заморозков весной, жары летом, циклов солнечной активности и даже космических катастроф» [21]. При этом ранняя древесина обращена к середине ствола, более светлая и менее твердая, служит для перемещения воды вверх по стволу. Поздняя древесина более темная и твердая, образуется во второй половине вегетационного периода и выполняет механические функции, определяет прочностные свойства древесины.
Для измерения использовали образцы древесины с гладко выструганной торцовой поверхностью.
На линии длиной L, проведенной на торцовой поверхности образца в радиальном направлении, с помощью измерительной лупы в каждом годичном слое измеряли ширину поздней зоны i (рисунок 3.1).
При проведении исследований процесса центробежной пропитки древесины использовалась экспериментальная установка кафедры Технологии лесозаготовительных производств для центробежной пропитки образцов древесины, схема представлена на рисунке
Центрифуга имеет стальной сварной корпус 2 в виде вертикально стоящего цилиндра с прослойкой песка между внешней и внутренней обечайками. Внутри корпуса расположен электродвигатель мощностью 2,6 кВт, на вал 5 которого закреплен рабочий орган.
Рабочий орган представляет собой вращающуюся карусель 1. На нее горизонтально при помощи хомутов 3 установлены два герметично закрывающихся стакана с испытуемыми образцами 4. Управление установкой осуществляют с пульта 6.
Частота вращения вала двигателя плавно изменяется в пределах от 450 до 2700 об/мин и градуирована через 150 об/мин. Для определения частоты вращения платформы применялся механический тахометр ИО-10 с диапазоном измерений 25…10000 об/мин.
После определения массы и влажности образца (данные представлены в приложении 1), экспериментальный образец древесины 4 (рисунок 3.3) размещался в пропиточной емкости 2. Образец фиксировался в емкости при помощи корсета 5. Емкость заполнялась пропиточной жидкостью 3 до уровня 200 мм, герметично закрывалась крышкой (на рисунке условно не показана). Далее емкость с образцом древесины закреплялась на платформе центрифуги 1 при помощи хомутов (на рисунке условно не показаны). 1 - платформа центрифуги, 2 - пропиточная емкость, 3 - пропиточная жидкость, 4 образец древесины, 5 - корсет
Включался привод установки, после выхода на установившийся режим вращения (в среднем 4-5 с) образец пропитывался в течение 300 либо 600 с. После окончания каждого опыта измерялся прирост массы образцов m. Затем образцы раскалывали вдоль волокон и определяли расстояние от погруженного в пропиточную жидкость торца до конечного положения фронта пропитки /.
Определение коэффициента фильтрации пропиточной жидкости, использующегося в полученной модели (2.13) при расчете времени пропитки, осуществлялось на основании экспериментальных данных о приросте массы образца m за время пропитки Т, можно рассчитать значение коэффициента фильтрации К.
Экспериментальные исследования проводились на образцах березы (р = 630 ± 20 кг/м3), сосны (р = 490 ± 20 кг/м3), ели (р = 440 ± 20 кг/м3) и осины (р = 500 ± 20 кг/м3). Во всех опытах использовались образцы с квадратным сечением размером 50х50 мм, длиной 250 мм. Влажность образцов перед пропиткой, определявшаяся при помощи электронного влагомера УЭБИВ [51], [52], варьировалась в пределах от 10 до 30 %. Для пропитки использовались водные растворы хлористого кальция (массовая доля 25 %, = 1,86 мПас, пропитано по 16 образцов каждой породы) и гидроксида натрия (массовая доля 10 %, ju = 2,74 мПас, пропитано по 16 образцов каждой породы), а также вода (р = 1 мПас, пропитано по 18 образцов каждой породы) при температуре 20 0С. Все пропиточные жидкости предварительно подкрашивались. Значения прочих факторов принимались постоянными, поскольку их влияние на процесс центробежной пропитки уже было подробно освещено ранее, и отражено формулами
Результаты экспериментов по определению коэффициента фильтрации пропиточной жидкости с учетом ее вязкости
В нашей работе изначально используется математическая модель, общий вид которой предполагает использование унифицированных коэффициентов фильтрации, значения которых зависит только от породы древесины. Физико механические свойства пропиточной жидкости в модели (2.13), предлагаемой нами для практических расчетов, не изменяют значения экспериментальных коэффициентов фильтрации, но входят как независимые величины непосредственно в математическую модель. Эксперименты, результаты которых приводятся в настоящем разделе, были проведены в соответствии с методикой, изложенной в разделе 3.1.1 настоящей работы (см. приложение к работе). Всего коэффициент фильтрации, использующийся в расчетах времени пропитки в поле центробежных сил по зависимости (2.13), определялся расчетным путем для четырех пород древесины: сосна, ель, осина, береза.
Статистическая обработка полученных данных подтвердила предположение о том, что коэффициент фильтрации K является постоянной величиной, зависящий от породы древесины, но не от вязкости пропиточной жидкости. Это подтверждается графически на рисунках 4.33 –
Проведенные экспериментальные исследования позволили сделать следующие выводы:
1. Процентное содержание поздней древесины в образце заметно не влияет на скорость перемещения фронта центробежной пропитки от погруженного в пропиточную жидкость торцу по направлению к центру вращения (не выявлена статистически значимая связь процентного содержания поздней древесины в образцах и конченого положения фронта пропитки.
2. Процентное содержание поздней древесины в образце влияет на степень заполнения внутреннего пространства древесины жидкостью (отношение объема впитанной жидкости к расчетному значению объема внутреннего пространства заготовки), связь выражается для древесины сосны моделью (4.5), для ели – моделью (4.8), доверительные интервалы для коэффициентов полученных моделей представлены в соответствующих таблицах.
3. Заполнение внутреннего пространства древесины пропиточной жидкостью происходит равномерно по мере перемещения фронта пропитки. Это доказывается тем, что расчетные значения коэффициентов заполнения внутреннего пространства исследованных образцов древесины в опытах по пропитке в течение 5 и 10 минут практически равны (как для древесины сосны, так и для древесины ели).
4. Для расчетов времени, необходимого для достижения заданной степени пропитки заготовки при заданных значениях вязкости и плотности пропиточной жидкости, угловой скорости и радиуса платформы центрифуги, а также количества пропиточной жидкости в емкости, получены значения коэффициента фильтрации в зависимости (2.13)
1. Аналитическое выражение для расчета времени, за которое фронт центробежной пропитки переместится на заданное расстояние от погруженного в пропиточную жидкость торца заготовки, представлено формулой (2.13). Зависимость получена по результатам интегрирования выражения для скорости фронта пропитки, зависящей от его текущего положения и гидравлического напора пропиточной жидкости.
2. Для расчетов времени, необходимого для достижения заданной степени пропитки заготовки при заданных значениях вязкости и плотности пропиточной жидкости, угловой скорости и радиуса платформы центрифуги, а также количества пропиточной жидкости в емкости, получены значения коэффициента фильтрации в зависимости (2.13), представленные в таблице 4.12.
3. Процентное содержание поздней древесины в образце заметно не влияет на скорость перемещения фронта центробежной пропитки от погруженного в пропиточную жидкость торцу по направлению к центру вращения (не выявлена статистически значимая связь процентного содержания поздней древесины в образцах и конченого положения фронта пропитки).
4. Процентное содержание поздней древесины в образце влияет на степень заполнения внутреннего пространства древесины жидкостью (отношение объема впитанной жидкости к расчетному значению объема внутреннего пространства заготовки), связь выражается для древесины сосны моделью (4.5), для ели – моделью (4.8), доверительные интервалы для коэффициентов полученных моделей представлены в таблицах 4.9, 4.10 соответственно.
5. Заполнение внутреннего пространства древесины пропиточной жидкостью происходит равномерно по мере перемещения фронта пропитки. Это доказывается тем, что расчетные значения коэффициентов заполнения внутреннего пространства исследованных образцов древесины в опытах по пропитке в течение 5 и 10 минут практически равны (как для древесины сосны, так и для древесины ели).