Конвективная сушка пиломатериалов на основе управляемого влагообмена

Abstract

Wood drying (in particular lumber drying), which almost entirely determines the quality of the wooden products, is one of the most complicated and energy-consuming processes in wood processing. Convective drying of lumber, in all its varieties, remains the most common by far. Computer modeling of wood drying processes is usually based on solving systems of differential heat and mass transfer equations. The methods for solving such systems, both analytical and numerical, are well researched and developed. However, the most important methodological issue is the correct formulation of the boundary conditions that determine the process of interrelated heat and mass transfer at the interface (wood - moist air). The convective drying has traditionally used the boundary conditions of type III by Academician A.V. Lykov, which are characterized by a sufficiently close correspondence between the mass flows moving from the wood depth and at the interface. This correspondence is described by the value of the so-called Bio mass transfer criterion. A computational experiment was carried out to verify these assumptions. It enabled to determine the possible controllability of the moisture removal during low-temperature convective drying of conventional lumber using modes of three-step and stepless structure. Besides this, the influence of the moisture removal on the dynamics of the internal stresses in wood was also studied. The results have shown that the stepless drying modes, on the one hand, offer a significant improvement in drying quality with practically no loss of drying capacity, and on the other hand, have better controllability. The results of the previously conducted and mentioned studies made it possible to propose general principles and then to patent a system for automatic control of moisture transfer during wood drying, which is fundamentally different from the previously known wood drying control systems. The system controls the drying process by adjusting the ratio of external to internal moisture transfer, rather than the value of the media parameters in the chamber. The moisture transfer control system for convective drying of lumber is of limited control: it cannot fully stabilize the values of the Bio mass transfer criterion. However, its use maintains a certain balance between internal and external moisture transfer, ensures the required drying quality and almost completely eliminates the occurrence of defects.

Сушка древесины, в частности пиломатериалов, является одним из самых сложных и энергозатратных процессов в деревопереработке, практически полностью определяющим качество продукции, изготовляемой из древесины. Конвективная сушка пиломатериалов, во всем многообразии ее разновидностей, на сегодняшний день остается самой распространенной. Компьютерное моделирование процессов сушки древесины обычно проводится на основе решения систем, дифференциальных уравнений тепломассообмена. Методы решения подобных систем, как аналитические, так и численные, достаточно глубоко изучены и проработаны. Однако важнейшим методическим вопросом является корректное формулирование граничных условий, которые определяют процесс взаимосвязанного тепломассообмена на границе раздела фаз (древесина – влажный воздух). Для конвективной сушки традиционно использовались граничные условия III рода академика А.В. Лыкова, для которых характерно достаточно близкое соответствие потоков массы, движущейся из глубины древесины и на границе раздела фаз. Данное соответствие характеризуется величиной так называемого массообменного критерия Био. Для проверки высказанных предположений был проведен вычислительный эксперимент, позволивший определить возможную управляемость процесса влагоудаления при низкотемпературной конвективной сушке условного пиломатериала режимами трех- и бесступенчатой структуры. Помимо этого исследовалось влияние процесса влагоудаления на динамику внутренних напряжений в древесине. Результаты показали, что бесступенчатые режимы, с одной стороны, обеспечивают существенное повышение качества сушки практически без потери производительности лесосушильных камер, а с другой стороны, обладают более высокой управляемостью. Результаты ранее проведенных исследований позволили предложить общие принципы, а затем запатентовать коренным образом отличающуюся от ранее известных систем управления сушкой древесины систему автоматического управления влагообменом при сушке древесины. Данная система управляет процессом сушки за счет регулирования соотношения внешнего и внутреннего влагообмена, а не величины параметров среды в камере. Система управления влагообменом при конвективной сушке пиломатериалов является ограниченно управляющей: полностью стабилизировать значения массообменного критерия Био она не позволяет. Однако ее применение поддерживает определенный баланс между внутренним и внешним влагообменом, обеспечивает требуемое качество сушки и практически полностью исключает возникновение брака.