Исследование тепло- и массообмена в процессе конвективной термообработки и сушки теплоизоляционных материалов и приближенное уравнение кривой сушки

Представлены результаты исследования термической обработки в процессах сушки тонких теплоизоляционных материалов на основе наиболее общих закономерностей конвективной сушки влажных тел с установлением уравнения кривой сушки. Установлены численные величины тепло- и массообменных чисел Био для периода падающей скорости сушки. На основе изучения и анализа многих источников приближенно определены диапазоны изменения критериев Лыкова, Поснова, критерия фазового превращения для процессов термической обработки керамики, асбеста, войлока, пластин глины. Показано, что при значениях чисел Био меньше единицы, критериев Лыкова 0,05–0,13, Поснова 0,03–0,08 для режимов сушки с температурой 90–120 °C задача сушки как тепло- и массообменного процесса является внешней и внутренний перенос не влияет на условия взаимодействия поверхности материала с окружающей средой. Показано, что сушка тонких материалов протекает при числе Био меньше единицы и в условиях внешней задачи критерии подобия не влияют на конвективную сушку. Интенсивность испарения влаги с поверхности тела определяется величиной коэффициента теплоотдачи в числе Био и режимными параметрами процесса. Установлено, что процессы сушки материалов относятся к малоинтенсивным процессам. На основе элементов теории теплового регулярного режима установлены темп нагревания влажного тела и темп убыли влагосодержания. Рассмотрена задача построения кривых сушки без проведения экспериментов для определения длительности сушки теплоизоляционных материалов на основе приближенных уравнений, что представляет интерес для практики сушки. Построенные кривые сушки дают несовпадение с действительной кривой с погрешностью 4–5 %.

1. Лыков, А. В. Теория сушки / А. В. Лыков. М.: Энергия, 1968. 472 с.

2. Акулич, П. В. Расчеты сушильных и теплообменных установок / П. В. Акулич. Минск: Беларус. наука, 2010. 443 с.

3. Красников, В. В. Кондуктивная сушка / В. В. Красников. М.: Энергия, 1973. 288 с.

4. Сажин, Б. С. Научные основы техники сушки / Б. С. Сажин. М.: Наука, 1997. 447 с.

5. Рудобашта, С. П. Массоперенос в системах с твердой фазой / С. П. Рудобашта. М.: Химия, 1980. 248 с.

6. Лыков, А. В. Теория тепло- и массопереноса / А. В. Лыков, Ю. А. Михайлов. М. – Л.: Госэнергоиздат, 1963. 535 с.

7. Лыков, А. В. Теоретические основы строительной теплофизики / А. В. Лыков. Минск: Изд-во Академии наук БССР, 1961. 519 с.

8. Лыков, А. В. Тепло- и массообмен в процессах сушки / А. В. Лыков. М.: Госэнергоиздат, 1956. 464 с.

9. Куц, П. С. Некоторые закономерности тепловлагообмена и приближенные методы расчета кинематики процесса сушки влажных материалов / П. С. Куц, А. И. Ольшанский // Инженерно-физический журнал. 1977. Т. 32, № 5. С. 1007–1014.

10. Васильев, В. Н. Технология сушки. Основы тепло- и массопереноса / В. Н. Васильев, В. Е. Куцакова, С. В. Фролов. Санкт-Петербург: ГИОРД, 2013. 224 с.

11. Михайлов, Ю. А. Влияние критериев подобия на тепло- и массообмен при конвективной сушке / Ю. А. Михайлов // Известия Академии наук Латвийской ССР, 1957. № 6.

12. Ольшанский, А. И. Регулярный тепловой режим и влияние критериев подобия тепломассообмена на процесс конвективной сушки пористой керамики / А. И. Ольшанский // Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 89, № 1. С. 37–48.

13. Рабинович, Г. Д. Новый метод расчета конвективной сушки тонких материалов / Г. Д. Рабинович // Инженерно-физический журнал. 1966. Т. 11, № 2. С. 182–192.

14. Ольшанский, А. И. Исследование сушки тонких материалов с использованием обобщенных комплексных переменных / А. И. Ольшанский // Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 89, № 4. С. 884–894.

15. Журавлева, В. П. Массоперенос при термообработке и сушке капиллярнопористых строительных материалов / В. П. Журавлева. Минск: Наука и техника, 1972. 189 с.

16. Лыков, А. В. Явления переноса в капиллярно-пористых телах / А. В. Лыков. М.: Гостехиздат, 1954. 296 с.

17. Горобцова, Н. Е. Исследование диффузии влаги во влажных материалах / Н. Е. Горобцова // Инженерно-физический журнал. 1968. Т. 15, № 6. С. 1019–1026.

18. Франчук, А. У. Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов / А. У. Франчук. М.: НИИ строительной физики, 1969. 142 с.

19. Блази, В. Строительная физика. Справочник проектировщика / В. Блази. М.: Техносфера, 2005. 536 с.

20. Григорьев, И. С. Физические величины: справочник / И. С. Григорьев, Е. З. Мейлихов. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

21. Лыков, А. В. Тепломассообмен: справочник / А. В. Лыков. М.: Энергия, 1972. 552 с.

22. Мельникова, И. С. Определение некоторых критериев переноса тепла и вещества при испарении из твердых тел / И. С. Мельникова // Тепло- и массообмен в процессах испарения: сб. ст. М.: Изд-во АН СССР, 1958. 255 с.

23. Нестеренко, А. В. Основы термодинамических расчетов вентиляции и кондиционирования воздуха / А. В. Нестеренко. М.: Высш. шк., 1962. 355 с.

24. Лыков, А. В. Кинетика теплообмена в процессе сушки влажных материалов / А. В. Лыков, П. С. Куц, А. И. Ольшанский // Инженерно-физический журнал. 1972. Т. 23, № 3. С. 401–406.

25. Сергеев, Г. Т. Исследование внешнего тепло- и массопереноса при испарении жидкости капиллярно-пористым телом / Г. Т. Сергеев // Инженерно-физический журнал. 1961. Т. 4, № 5. С. 33–37.

26. Ольшанский, А. И. Исследование тепломассообмена в процессах тепловой обработки и сушки теплоизоляционных материалов / А. И. Ольшанский, С. В. Жерносек, А. М. Гусаров // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2022. Т. 65, № 2. С. 156–168. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2022-65-2-156-168.

27. Ольшанский, А. И. Регулярный тепловой режим нагревания влажных плоских капиллярно-пористых материалов в процессе сушки / А. И. Ольшанский, В. И. Ольшанский // Инженерно-физический журнал. 2014. Т. 87, № 6. С. 1308–1318.

28. Ольшанский, А. И. Экспериментальное исследование кинетики сушки тонких плоских влажных материалов методом регулярного режима с использованием обобщенных комплексных переменных / А. И. Ольшанский, А. М. Гусаров // Инженерно-физический журнал. 2017. Т. 90, № 3. С. 700–713.

29. Ольшанский, А. И. Экспериментальные исследования тепловлагообмена в процессе конвективной сушки тонких влажных материалов / А. И. Ольшанский, С. В. Жерносек, А. М. Гусаров // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 6. С. 564–578. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-6-564-578.

30. Ольшанский, А. И. Исследование кинетики тепловлагообмена при термической обработке и сушке тонких влажных теплоизоляционных материалов / А. И. Ольшанский, А. Н. Голубев // Энергетика. Изв. высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2023. Т. 66, № 1. С. 66–79. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-1-66-79.

31. Шорин, С. Н. Теплопередача / С. Н. Шорин. М.: Высшая школа, 1964. 491 с.

32. Кавказов, Ю. Л. Тепло- и массообмен в технологии кожи и обуви / Ю. Л. Кавказов. М., Легкая индустрия, 1973. 272 с.

33. Ольшанский, А. И. Исследование процесса сушки пористой керамики методом Докучаева–Смирнова / А. И. Ольшанский // Инженерно-физический журнал. 2013. Т. 86, № 2. С. 77–85.