XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Энергетический баланс при электроосмотическойсушке древесины предусматривает определение количества тепла, передаваемого древесине при прохождении униполярного электрического тока [1, 2, 3] = + + ; (1)

 ( - ), (2)

где – теплота, передаваемая древесине при нагреве от начальной температуры до температуры фазового перехода , Дж; – масса древесины, кг; – удельная теплоемкость древесины Дж/(кг К);

= R, (3)

где – теплота, затраченная на фазовый переход первого рода влаги испарившейся из древесины; Дж; R – удельная теплота фазового перехода (испарения) воды, Дж/кг; – масса испарившейся влаги, кг;

= ( ), (4)

где – теплота, передаваемая испарившейся воде при нагреве её от температуры фазового перехода до конечной , Дж;

– удельная теплоемкость пара, (Дж/кг К); – конечная температура пара, К.

Таким образом

= ( - ) + R + ( - ). (5)

Энергию, потребляемую при электроосмотическом обезвоживании древесины, можно определить из следующего уравнения

= UJτ , (6)

где U – напряжение, В;

J – сила тока, А;

τ – время, с.

При электроосмотическом обезвоживании одна часть электрической энергии расходуется на процесс электроосмоса, а другая часть на нагрев, следовательно

= + . (7)

Аналитическое определение количества жидкости, переносимого электроосмосом, известно из уравнения Гельмгольца

V = , (8)

где V – количество жидкости, переносимое электроосмосом в единицу времени, м³/с; q – суммарная площадь поперечных сечений капилляров в пористом теле, м²; ς – электрокинетический потенциал, В; Е – разность потенциалов между электродами, В; ε – диэлектрическая постоянная жидкости; η – коэффициент динамической вязкости жидкости, м²/с; L – расстояние между электродами, м.

Для предотвращения электрического пробоя проводим расчет минимального расстояния между электродами.

Расстояние между электродами

l = = , (9)

где l – минимальное расстояние между электродами, см; U – напряжение между электродами, В; - допустимая плотность тока, А/см²; - удельное сопротивление материала, Ом см.

l = = 2 см – минимальное расстояние между осушаемым материалом и выталкивающим электродом.

= 3х Ом см; U = 30 кВ; = 0,5 А/см² (для плоских стальных электродов).

В качестве примера подтверждения целесообразности применения в массовой сушке пиломатериалов электроосмотических сушильных камер сопоставим себестоимость сушки по затратам электрической энергии, для различных современных лесосушильных камер, выпускаемых отечественными производителями.

Для расчета показателей примем в качестве примера дубовые пиломатериалы толщиной 50 мм, высушиваемые от начальной влажности = 60% до конечной влажности = 15%.

Сравнительные показатели приведены в таблице.

Таблица - Сравнительные показатели

Рисунок - График продолжительности сушки древесины в конвективной камере (1) и в электроосмотической камере (2)

Продолжительность сушки древесины в электроосмотической камере в 2,5-3 раза меньше, чем в конвективной. При сушке древесины себестоимость сушки в электроосмотической камере значительно ниже, по сравнению с сушкой в конвективной камере. В электроосмотической сушилке обеспечивается более высокое качество высушивания древесины.

ЛИТЕРАТУРА

Беззубцева М.М., Волков В.С., Котов А.В. Энергоэффективные электротехнологии в агроинженерном сервисе и природопользовании - учебное пособие, 2012. – СПб.: СПбГАУ. – 260 с.

Беззубцева М.М., Волков В.С., Обухов К.Н., Котов А.В. Компьютерные технологии в научных исследованиях энергоэффективности потребительских энергосистем АПК. Методология исследования инновационных электротехнологических процессов в программном комплексе ANSYS», 2014. – СПб.: СПбГАУ. – 240 с.

Богданов Е.С. Сушка пиломатериалов. [Текст]/ Богданов Е.С. - М.: Лесная промышленность, 1988, -288 с.