Введение к работе
Актуальность темы. В России ежегодно создается около тысячи новых деревообрабатывающих предприятий, главным образом небольшой производственной мощности. Основополагающей операцией в процессах деревообработки, во многом определяющей качество выпускаемой продукции, является сушка древесины.
Для проведения технологического процесса сушки, в основном, применяют лесосушильные камеры, которые обеспечивают высушивание древесины нормативными режимами, в том числе и высокотемпературными. Эти камеры оснащены сложным тепловым и циркуляционным оборудованием, требуют высокопотенциальных источников теплоснабжения и квалифицированного обслуживания.
На крупных деревообрабатывающих предприятиях, расположенных в про-мышленно развитых центрах, нашли применение специализированные лесосушильные камеры большой производительности, что определяется объемами производства, наличием развитой энергетической базы и возможностью приобретения дорогостоящего универсального и специализированного оборудования, в основном, заводского изготовления.
Предприятия небольшой производственной мощности, как правило, удалены от промышленных центров и часто приближены к местам непосредственной заготовки древесины. Это ограничивает их возможности в применении универсальных лесосушильных камер заводского изготовления из-за ограниченных энергетических возможностей, сложности эксплуатации, приспосабливаемости к местным условиям и пр. Поэтому на таких предприятиях для проведения технологического процесса сушки сооружают лесосушильные камеры, приспосабливая для этих целей имеющиеся помещения, комплектуя их случайным, малоэффективным и плохо совместимым оборудованием, что не позволяет, в конечном итоге, обеспечивать поддержание требуемых режимов и качественную сушку пиломатериалов.
Сложившаяся ситуация объясняется отсутствием научно-обоснованных технических решений и рекомендаций, позволяющих решить вопросы совершенствования конструкций лесосушильных камер применительно к реальным возможностям предприятий небольшой производственной мощности. Для решения этих задач в конструкциях лесосушильных камер целесообразно применять аг-регатированные, высокоэффективные теплоциркуляционные узлы оборудования с регулируемыми теплоаэродинамическими характеристиками. Это можно осуществить на основе калориферов из биметаллических оребренных труб, в которых имеется возможность интенсификации теплоотдачи со стороны подвода агента сушки. При этом появляется возможность применения активных способов повышения тепловой эффективности и регулирования режимных параметров агента сушки, что позволит создавать основное оборудование сушильных камер из элементов, агрегатированных в единый модуль с определенными и регулируемыми теплоаэродинамическими характеристиками, повысив при этом эффективность сушильной установки в целом.
j i-oc. национальная]
I БИБЛИОТЕКА |
| С Петербург/
3 1 ОЭ J0O ум
Однако специальных исследований в этом направлении проведено недостаточно, отсутствуют ответы на целый ряд технологаческих и конструктивных вопросов.
Поэтому проведение исследований и разработка рекомендаций по совершенствованию конструкций лесосушильных камер, применяемых в условиях предприятий небольшой производственной мощности, является актуальным.
Цель диссертационной работы - совершенствование конструкции лесосушильных камер на основе создания теплоаэродинамического модуля с регулируемыми теплоаэродинамическими характеристиками.
В соответствии с целью исследования были поставлены задачи:
-
Разработать принципы создания теплоаэродинамического модуля повышенной эффективности с широким диапазоном регулирования теплоаэродинами-ческих характеристик применительно к лесосушильной камере периодического действия.
-
Обосновать возможность применения активного метода интенсификации конвективной теплоотдачи шахматных пучков калориферов лесосушильных камер из биметаллических оребренных труб посредством обдува направленными струями агента сушки, сформированными плоскопрофилированной сопловой решеткой.
-
Разработать методику экспериментального исследования конвективной теплоотдачи малорядных шахматных пучков калориферов из биметаллических оребренных труб при струйном обдуве агентом сушки.
-
Теоретически обосновать поправку на локальный метод теплового моделирования процессов конвективной теплоотдачи в малорядных шахматных пучках из оребренных труб.
-
Экспериментально определить и исследовать конструктивные и эксплуата-циионные характеристики плоскопрофилированной сопловой решетки и их влияние на интенсификацию конвективной теплоотдачи малорядных шахматных пучков из биметаллических оребренных труб калориферов лесосушильных камер.
-
Получить на основе результатов экспериментальных исследований обобщенные уравнения подобия по конвективной теплоотдаче и аэродинамическому сопротивлению, охватывающие основные компоновочные характеристики модульной конструкции теплоаэродинамической установки.
-
Усовершенствовать на основе результатов исследований методику расчета калориферов из малорядных шахматных пучков биметаллических оребренных труб со струйным обдувом агентом сушки для теплоаэродинамического модуля лесосушильной камеры.
Методы исследования. В процессе выполнения теоретических и экспериментальных исследований использовали: теорию моделирования теплообменных процессов, элементы математического анализа и теории вероятностей. Экспериментальные исследования конвективной теплоотдачи пучков калориферов из биметаллических оребренных труб проводили на экспериментальной установке методом локального теплового моделирования. При анализе и обобщении экспериментальных данных по теплоотдаче использовали теорию подобия тепловых
процессов. Расчет, анализ и обработка опытных данных проводились с применением программ Microsoft Excel 98, Golden Software Grapher 1.32. Научная новизна работы:
впервые в конструкции лесосушильных камер применено агрегатирование
калориферной и вентиляторной установки в единый теплоаэродинамический
модуль с регулированием основных теплоаэродинамических характеристик;
доказана возможность интенсификации конвективной теплоотдачи малорядных шахматных пучков калориферов лесосушильных камер из биметаллических оребренных труб посредством струйного регулируемого обдува агентом сушки, сформированного в плоско профилированной сопловой решетке;
теоретически выведен поправочный коэффициент на локальный метод теплового моделирования конвективной теплоотдачи малорядных шахматных пучков из биметаллических оребренных труб;
выполнены экспериментальные исследования по интенсификации конвективной теплоотдачи малорядных шахматньж пучков калориферов лесосушильных камер из биметаллических оребренных труб посредством струйного обдува агентом сушки в широком диапазоне изменения компоновочных характеристик теплоаэродинамической установки;
усовершенствована методика расчета малорядньж шахматньж пучков кало
риферов лесосушильных камер из биметаллических оребренньж труб при ин
тенсификации конвективной теплоотдачи посредством струйного обдува
агентом сушки.
На защиту выносятся:
-
Результаты исследований по созданию теплоаэродинамического модуля для лесосушильной камеры с изменяемой теплоаэродинамической характеристикой.
-
Теоретическое обоснование применения метода локального моделирования при проведении экспериментов.
-
Результаты экспериментальных исследований по интенсификации конвективной теплоотдачи малорядньж шахматньж пучков калориферов лесосушильных камер при струйном обдуве агентом сушки в зависимости от компоновочных характеристик теплоаэродинамической установки.
-
Уточненная методика расчета малорядньж шахматньж пучков калориферов из биметаллических оребренньж труб при интенсификации конвективной теплоотдачи посредством струйного обдува агентом сушки, основанная на результатах экспериментальных исследований.
Практическая значимость. Проведенные аналитические и экспериментальные исследования позволили создать новое направление совершенствования конструкций лесосушильных камер периодического действия на основе агрегатирования калориферного и циркуляционного оборудования в единый теплоаэродинамический модуль, позволяющий расширить пределы регулирования режимов сушки путем применения активного метода интенсификации конвективной теплоотдачи калориферов. Применение теплоаэродинамического модуля позволяет предприятиям строить эффективные сушильные камеры с учетом местных условий и возможностей.
Апробация работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований доложены на: Международной научно-технической конференции "Проблемы развития лесной отрасли" (Петрозаводск, 1998 г.); Международной научно-технической конференции "Ресурсосберегающие технологии в лесном хозяйстве, лесной и деревообрабатывающей промышленности" (Минск, 1999 г.); Второй Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 1998 г.); 1-ой Международной научно-технической конференции "Повышение эффективности теплообменных процессов и систем" (Вологда, 1998 г.); 2-ой Международной научно-технической конференции "Повышение эффективности теплообменных процессов и систем" (Вологда, 2000 г.); XIII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева "Физические основы экспериментального и математического моделирования процессов газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках" (СПб, 2001 г.).
Публикации. Результаты проведенных исследований отражены в 13 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Общий объем работы 134 страницы, включая 74 рисунка, 16 таблиц, список литературы из 83 наименований и приложения.
