Расчет скорости агента сушки в камерах с естественной циркуляцией

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет скорости агента сушки в камерах с естественной циркуляцией

Постоянное повышение цен на электроэнергию в последние годы заставило производственников [1] и исследователей [2] вновь обратиться к использованию для сушки пиломатериалов камер с естественной циркуляцией агента сушки, которые не потребляют электроэнергию на привод вентиляторов. К другим преимуществам камер этого типа можно отнести:

· простоту конструкции и более низкую стоимость камеры;

· более низкую амортизацию и эксплуатационные затраты.

Недостатки камер с естественной циркуляцией хорошо известны и могут быть успешно преодолены современными техническими средствами [1, 2].

В то же время анализ ранее проведенных исследований [3, 4, 5, 6] показывает, что процессы естественной циркуляции с теоретической стороны проработаны явно недостаточно.

В основе разработанных методик определения параметров, в первую очередь скорости естественной циркуляции [3, 5, 7] лежит гидравлическая теория движения газов, разработанная В.Е. Грум-Гржимайло [8].

Согласно [3] процесс циркуляции возникает вследствие разности весов столбов воздуха, охлажденного в штабеле и нагретого в калорифере (рис. 1).

Рис. 1. Схема естественной циркуляции воздуха в лесосушильной камере

1 - штабель; 2 - экраны;

3 - калориферы

Статический напор, создаваемый при этом равен

сушка технологический пиломатериал камера

, Н/м² (1)

где Н - высота столба нагретого воздуха, м;

с₁ - плотность воздуха, нагретого в калорифере (на входе в штабель), кг/м³;

с_ср.шт. - средняя плотность воздуха в штабеле, кг/м³.

Среднюю плотность воздуха в штабеле можно определить как:

(2)

где с₂ - плотность воздуха на выходе из штабеля, кг/м³.

После преобразований Н.С. Селюгин [3] предлагает следующую формулу для определения скорости естественной циркуляции:

м/с (3)

где Д t - перепад температуры воздуха на штабеле, ⁰С;

Т₁ - абсолютное значение температуры воздуха на входе в штабель, ⁰К;

У о - сумма коэффициентов сопротивлений движению воздуха.

Практически У о = о _шт.

где о шт. - коэффициент сопротивления штабеля.

В [9] есть ряд эмпирических формул и номограмм, позволяющих определять о для различных случаев сушки.

Таким образом, существующая методика определения скорости естественной циркуляции не учитывает некоторых новых представлений об аэродинамике, например:

· наличие помимо статического напора столба нагретого воздуха динамического напора в плоской струе над нагревателем;

· в [3] коэффициент сопротивления штабеля зависит от параметров штабеля, в то время как он, в первую очередь зависит от квадрата скорости циркуляции воздуха;

· применение ребровой укладки пиломатериалов [9] помимо резкого снижения коэффициентов сопротивления требует изменения подхода к точному определению их величины.

Динамическая составляющая напора появляется в результате возникновения над источником тепла (калорифером) свободной плоской конвективной струи (рис. 2). Автором теории свободных конвективных струй является Г.Н. Абрамович [10, 11, 12].

В конвективной струе различают три участка: разгонный ABFE, переходный BCGF и основной DCGH.

Рис. 2. Схема свободной конвективной струи

Если выделить в струе на расстоянии S от источника тепла элементарный слой толщиной dS, то применительно к этому объему можно написать уравнение количества движения в проекциях на оси струи:

dK = - dR_a, (4)

где К - количество движения, проходящего через сечение, удаленное на расстояние S от источника тепла;

R_а - архимедова сила.

Средняя скорость в поперечном сечении струи:

, м/с (5)

где в - коэффициент Буссинеска, м•с;

с = с₁ - плотность окружающего струю воздуха, кг/м³;

S₀ = - 2 B₀ - абсцисса полюса струи;

В₀ - полуширина струи в сечении АЕ.

После преобразований выражение для определения средней скорости струи приобретет вид:

. (6)

где Т₁ - абсолютная температура нагревателя, ⁰К;

с - теплоемкость воздуха, кДж/кг• ⁰С;

g = 9,81 м/с², - ускорение свободного падения;

Q - линейная тепловая мощность калорифера, кВт/м;

в_Дt - температурный аналог коэффициента Буссинеска, с^-1.

Согласно [13] потеря давления в воздуховоде произвольного сечения:

, н/м² (7)

где л - коэффициент сопротивления трения;

l - длина воздуховода, м;

с - плотность воздуха, кг/м³;

V_ср - средняя скорость воздуха, м/с;

Р - периметр воздуховода, м;

F - площадь сечения воздуховода, м².

Для штабеля:

, Н (8)

где h_шт - высота штабеля;

,

м² - суммарная площадь воздушных каналов штабеля, м²;

В_шт, L_шт - ширина и длина штабеля, м;

S_д - толщина доски, м;

b - толщина прокладки, м;

, м;

а - расстояние между прокладками, м.

Процесс циркуляции в установившемся режиме может быть описан следующим уравнением баланса:

У Р_n = ДP_ст + ДР_дин, (9)

где УР_n - суммарные потери напора, Н.

С учетом (1), (3), (6), (8) после преобразований получим:

, м/с (10)

Если принять с₁ = 0,878 кг/м³, с₂ = 0,909 кг/м³, Т₁ = 353 ⁰С, Н = 3 м, g = 9,81 м/с², Q₀ = 10 кВт/м, с = 1 кДж/(кг• ⁰С), h_шт = 2,5 м, л = 0,032, в = 1,56 м • с, в_Дt = 1,36 c^-1, d_экв = 0,049 м, S_k = 6 м², (значения S_шт принимаем по [3]), то получим следующие значения скорости циркуляции (табл. 1).

Скорость естественной циркуляции агента сушки в штабеле пиломатериалов

сушка технологический пиломатериал камера

Данные табл. показывают, что при выбранной конструкции штабеля [9] скорость циркуляции:

· существенно выше распространенных в литературе 0,2 м/с;

· определяется, главным образом, толщиной пиломатериалов, подвергающихся сушке (при постоянной толщине прокладок и линейной мощности нагревателя).

Список литературы

1. Камеры СПК-12: Начало положено // Дерево RU. - 2006. - №3. - С. 62 -63.

2. Шишкина Е.Е. Сушка пиломатериалов в камерах малой мощности с естественной циркуляцией воздуха: автореф. дисс. … канд. техн. наук / Шишкина Елена Евгеньевна. - СПб.: СПбЛТА им. С.М. Кирова. - 2006.

3. Селюгин Н.С. Сушка древесины / Н.С. Селюгин. М.-Л., Гослестехиздат, 1949.

4. Кречетов Н.В. Сушка древесины / И.В. Кречетов. - М. - Л.: Гослесбумиздат. - 1949.

5. Андронова Н.А. Сушка и сушила для дерева / Н.А. Андронова. - М.: ОНТИ. - 1936.

6. Грум-Гржимайло В.Е. Основы правильной конструкции сушил / В.Е. Грум-Гржимайло // Изв. Горного ин-та - Свердловск. - вып. 7. - 1920.

7. Альтшулер И.С. Расчет сушильных камер для древесины. / И.С. Альтшулер. - М.: Гослесбумиздат. - 1953.

8. Бардин И.П. Элементарная теория построения металлургических печей. / И.П. Бардин, В.Е. Грум-Гржимайло. - М. - Л.: изд. АН СССР, 1949.

9. Агапов В.П., Гороховский А.Г. Устройство для сушки пиломатериалов / Патент РФ на полезную модель №37815 от 10.05.2004.

10. Абрамович Г.Н. Теория свободной струи и ее приложения. / Г.Н. Абрамович. - Труды ЦАГИ, вып. 293 - М., 1936.

11. Абрамович Г.Н. Турбулентные свободные струи жидкостей и газов. / Г.Н. Абрамович. - Труды ЦАГИ, вып. 512 - М., 1940.

12. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. / Г.Н. Абрамович. - М.: Физматиздат, 1960.

13. Талиев В.Н. Аэродинамика вентиляции. / В.Н. Талиев. - М.: Стройиздат, 1979.

Размещено на Allbest.ru