РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ КЛИНОВИДНЫХ НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ КАНАЛОВ СУШИЛЬНЫХ КАМЕР С ГОРИЗОНТАЛЬНО-ПОПЕРЕЧНОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ АГЕНТА СУШКИ

Равномерность высыхания пиломатериалов по объему сушильного штабеля зависит  от равномерности скорости воздуха, которая определяется конфигурацией боковых каналов.

Следует отметить, что с позиций конструирования лесосушильной камеры прямоугольное сечение бокового канала является более надежным и простым в обслуживании, несложным в исполнении. В то же время, по мнению некоторых авторов проектов и изготовителей, клиновидное сечение циркуляционного канала, делает поток воздуха более равномерным.

Кроме прямоугольных и клиновидных боковых каналов на практике встречаются и сложные ступенчатые формы. Однако, их исполнение сопряжено с дополнительными конструктивными особенностями. Кроме того, реализация таких решений существенно затрудняет обслуживание и ремонт лесосушильных камер.

В сушильных камерах с горизонтально-поперечной циркуляцией для истечения воздуха, каковыми являются междурядные промежутки, движение воздуха существенно более сложное, нежели просто в воздуховодах прямоугольного сечения. В аэродинамике такие междурядные промежутки выступают в качестве так называемых «щелей». Поскольку ряды пиломатериалов укладываются на прокладки одинаковой толщины, то «щели» в этих воздуховодах будут иметь одинаковые размеры по ширине и длине.

Экспериментальные исследования циркуляционных каналов переменного поперечного сечения показали, что в них происходят, во-первых, деформирование поля скоростей и изменение статического давления агента сушки, во-вторых, изменение направле­ния скорости воздуха [1].

Направление скорости меняется у потока воздуха, находящегося вблизи междурядных промежутков, причем поток тем более отклоняются от оси бокового циркуляционного канала, чем ближе он оказывается у междурядного промежутка.

Деформация поля скоростей состоит в том, что поле скоростей влажного воздуха имеет искривленную конфигурацию: от оси бокового циркуляционного канала в сторону междурядного промежутка наблюдаются увеличенные скорости, а в обратную сто­рону (к стенке без междурядного промежутка) — снижение [1].

Следует также отметить, что и статическое давление воздуха неодинаково по попе­речному сечению бокового циркуляционного канала. Оно имеет обратный характер являясь наимень­шим в междурядном промежутке непрерывно увеличивается по направлению к вертикальной стенке воздуховода. При переходе от одного поперечного сечения бокового канала к другому средняя скорость агента сушки, среднее динамиче­ское и среднее статическое давления также из­меняются.

В направлении от начала к концу клиновидного канала по направлению потока агента сушки его средняя скорость непрерывно уменьшается, так как часть агента сушки проникает через междурядный промежуток. В связи с этим, динамическое давление станет уменьшаться в направ­лении потока агента сушки на определенную величину, которая согласно закону сохранения энергии будет трансформироваться в ста­тическое давление. Эта величина динамического давле­ния носит название «освободившееся динамическое давление» [1].

Благодаря так называемому «освободившемуся динамическому давле­нию» статическое давление агента сушки внутри циркуляционного канала должно возрастать по направлению движения агента сушки. Однако, оно в том же направлении одновременно будет уменьшаться в связи с расходованием на преодоление трения о металлическую, бетонную или кирпичную стенку циркуляционного канала с одной стороны и о шероховатую поверхность досок с другой. Кроме того, сюда следует добавить потери давления и на местные сопротивления. Если «освободившееся ди­намическое давление» будет превышать потери давления на трение и местные сопротивления, то статическое давле­ние увеличится. Если «освободившееся ди­намическое давление» будет меньше по­терь давления на трение и местные сопротивления, то статическое давление станет меньше. Если же «освободившееся динамическое давление» сравняется с потерями давления, то статическое давление возду­ха   внутри   бокового циркуляционного канала станет постоянным.

Таким образом, характер изменения статического давления воздуха в циркуляционном канале сушильной камеры полностью определяется соотношением «освободившегося динами­ческого давления» и потерь давления в циркуляционном канале сушильной камеры.

При соблюдении технологии укладки пиломатериалов в сушильный штабель междурядные промежутки будут иметь равную длину и ширину. Таким образом, имеем классический клиновидный воздухораспределитель длиной l с постоянной высотой b, шириной в начале канала aн и в конце aо. Будем полагать, что расход агента сушки в начале канала составляет Lн.

Математическая модель позволяет решить прямую и обратную задачу. Прямая задача: определить отклонение скоростей агента сушки при входе в штабель при известных параметрах нагнетательного канала; обратная задача: спрогнозировать ширину нагнетательного канала в начале воздухораспределителя при заданном значении шириной в конце канала и неравномерности скоростей агента сушки [2].

За начало координат примем конец канала, ось абсцисс направим против направления движения агента сушки. В клиновидном канале проведем два поперечных сечения на расстояниях x и x+dx от заглушенного конца. Перейдя к безразмерным величинам, получим:

              +                    (1)

 

где

(2)

 

Для клиновидного бокового циркуляционного канала справедливо выражение:

 

(3)

 

 

где

В этом случае:

(4)

 

(5)

 

(6)

где

 

(7)

Анализ неравномерности распределения агента сушки по длине «щелей» выполнен с использованием величины относительной скорости воздуха через штабель. После преобразований уравнения расхода воздуха, получим зависимость:

                               (8)

где    vср - средняя скорость воздуха  в промежутке между рядами досок в штабеле, м/с.

При равномерной раздаче воздуха через промежутки между рядами досок относительная скорость агента сушки равна единице. Поэтому, отклонение распределения воздуха от равномерной составит

                                                           (9)

Относительное отклонение скорости воздуха через сушильный штабель определим по формуле (10). Задавая относительное отклонение скорости и ширину в конце aо, определим минимальную ширину в начале канала aн.

                                                  (10)

Аэродинамическое сопротивление бокового канала рассчитаем по формуле (11).

                                                        (11)

В качестве входных факторов при исследованиях использовались следующие:

- высота штабеля пиломатериалов — H, м;

- ширина штабеля пиломатериалов — B, м;

- длина штабеля пиломатериалов — L, м;

- толщина досок — S, мм;

- ширина досок — b, мм;

- толщина междурядных прокладок, на которые укладываются доски — Sпр, мм;

- температура воздуха  — t, °С;

- плотность воздуха  — r, кг/м3;

- скорость воздуха  в боковом циркуляционном канале — w, м/с;

- аэродинамический коэффициент (эквивалентная шероховатость) — k, мм;

- максимальное относительное отклонение фактической скорости - циркуляции воздуха от средней скорости в штабеле— rmax.

- коэффициент давления вентилятора — c.

Значения промежуточных величин рассчитаны по следующим формулам (12) …(17):

- динамическая вязкость агента сушки рассчитывали по формуле Шимана:

                                      (12)

- кинематический коэффициент вязкости составит:

;                                                    (13)

- эквивалентный диаметр определяем по формуле (2.14): полдыдлоо  рен ролр рорлц  оер цржерорцежр

                                            (14)

- число Рейнольдса рассчитаем как:

                                                 (15)

- параметр бокового циркуляционного канала равен:

                                                  (16)

- динамический напор составит:

                                                 (17)

 

 

Литература:

1. Талиев В.Н. Аэродинамика вентиляции: Учеб. пособие для вузов. — М.: Стройиздат, 1979. — 295 с.

2. Соколов  П.  В., Харитонов Г.  Н., Добрынин С.  В. Лесосушильные камеры. —М.: Лесная промышленность, 1987.—184 с.

Literatura:

1. Taliev V.N. Ajerodinamika ventiljacii: Ucheb. posobie dlja vuzov. — M.: Strojizdat, 1979. — 295 s.

2. Sokolov  P.  V., Haritonov G.  N., Dobrynin S.  V. Lesosushil'nye kamery. —M.: Lesnaja promyshlennost', 1987.—184 s.