ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СУШКА ВЛАЖНЫХ МАТЕРИАЛОВ С МАЛОЙ ГЛУБИНОЙ ПРОНИКНОВЕНИЯ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ТЕПЛОСБРОСА РАДИАЦИЕЙ И КОНВЕКЦИЕЙ. II. СТАДИЯ ПОСТОЯННОЙ СКОРОСТИ СУШКИ

Autor: Salomatov, Vladimir Vasilevich, Karelin, Vadim Alexandrovich, Salomatov, Vasiliy Vladimirovich
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Известия Томского политехнического университета
ISSN: 2413-1830
2500-1019
DOI: 10.18799/24131830/2019/12/2408
Popis: Актуальность исследования продиктована необходимостью разработки математических моделей СВЧ-нагрева и МВ-сушки влажных материалов для получения технологически оптимальных и экономически выгодных режимов. Настоящая публикация является продолжением статьи тех же авторов в «Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов», в которой с помощью математического моделирования подробно была изучена первая стадия сушки – стадия прогрева, когда теплообмен между поверхностью влажного тела и окружающей средой осуществляется за счет радиации и конвекции, а СВЧ-энергия поглощается поверхностным слоем из-за малой её глубины проникновения. Построены асимптотические решения этой нелинейной задачи для малых и больших значений безразмерного времени, востребованные инженерной практикой, как для параметрического анализа, так и для проведения оперативных расчетов. Подход, связанный с рассмотрением второй стадии – стадии постоянной скорости сушки – основан на более детальном изучении теплопереноса, а расчет скорости сушки ведется с использованием аппроксимационной зависимости А.В. Лыкова. Также предложено условие сшивки тепловых режимов I и II стадий процесса сушки. Цель: постановка задачи второго этапа СВЧ-сушки влажного материала – этапа постоянной скорости сушки – и реализация теоретического решения по определению распределения температурного поля по толщине слоя и величины скорости сушки. Объектом исследования является плоский слой влажного материала - уголь, песок, древесина и др. капиллярно-пористые массивы, на которые воздействует СВЧ-излучение. Такие материалы обладают высокой диэлектрической проницаемостью и как следствие весьма эффективно поглощают СВЧ-излучение, которое почти на 100 % преобразуется в тепловую энергию. Методы исследования связаны с математическим моделированием, в основе которого лежат уравнения электродинамики Максвелла и тепловлагопереноса А.В. Лыкова. В данной статье задача Максвелла решена независимо от задачи тепломассопереноса, поэтому плотность потока СВЧ-излучения считается известной. Также одной из особенностей данной задачи является рассмотрение материалов с малой глубиной поглощения, в силу чего в системе уравнений для нагрева источниковый член находится в граничном условии. В результате исследования с привлечением условий стационарного температурного поля и постоянства во времени плотности потока влагосодержания сформулирована и решена задача распределения температурного поля по толщине влажной пластины, которое строго следует закону квадратной параболы. Скорость сушки II стадии и критическое влагосодержание в конце II стадии определены из корреляционных зависимостей А.В. Лыкова. Дана сшивка решений для I и II стадии. Выполнен анализ построенных решений. The relevance of the research is dictated by the need to develop mathematical models of microwave heating and MW-drying of wet materials to obtain technologically optimal and cost-effective modes. This publication is a continuation of the article by the same authors in «Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering», in which the authors using mathematical modeling, studied in detail the process at the first stage of drying -the heating stage, when heat exchange between the surface of a moist body and the environment is due to radiation and convection - energy is absorbed by the surface layer due to its small depth of penetration. The authors constructed the asymptotic solutions of this nonlinear problem for small and large values of dimensionless time demanded by engineering practice, both for parametric analysis, and for carrying out operational calculations. The approach associated with the consideration of the second stage, the stage of constant drying rate, is based on a more detailed study of heat transfer, and the calculation of the rate of drying is carried out using the approximation dependence of A.V. Lykov. The paper proposes a condition for cross-linking of thermal modes of I and II stages of drying. The aim of the research is the state of the problem of the second stage of microwave drying of wet material - a stage of constant drying rate - and implementation of a theoretical solution to determine the distribution of the temperature field across the layer thickness and the magnitude of the drying rate. The object of the research is a flat layer of wet material - coal, sand, wood, and other capillary-porous arrays, which are affected by microwave radiation. Such materials have a high dielectric constant and, as a result, very effectively absorb microwave radiation, which is almost 100 % converted to thermal energy. The research methods are associated with mathematical modeling, which are based on Maxwell's electrodynamics equations and A.V. Lykov heat and moisture transfer. In this article, the Maxwell problem is solved independently of the problem of heat and mass transfer; therefore, the flux density absorbed by microwave radiation is known. Also, one of the features of this problem is the consideration of materials with a small absorption depth, that is why the source term in the system of equations for heating is in the boundary condition. As a result of the research, the authors involving the stationary temperature field conditions and the constancy of the moisture content flux density over time stated and solved the problem of temperature field distribution across the thickness of the wet plate, which strictly follows the square parabolic law. The drying speed of the II stage and the critical moisture content at the end of the II stage were determined from A.V. Lykov correlation dependencies. The paper introduces the stitching solutions for the I and II stages and the analysis of the constructed solutions.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: