ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗМЕЛЬЧЕННЫХ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ДИСПЕРСНОЙ СИСТЕМЕ МАССИВА ПРИ КУЧЕВОМ ХРАНЕНИИ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Хранение измельченных древесных материалов на лесоперерабатывающие предприятия осуществляется на открытых площадках в сформированных кучах, которые имеют различные формы и размеры. Недостатком при хранении древесиной массы таким способом является неконтролируемый самонагрев щепы до критических температур под воздействием термофильных микроорганизмов. При отсутствии должного контроля над процессом самонагревания теряется полезная масса древесины, в значительной степени ухудшается ее качество и появляется риск возгорания древесины. Для предотвращения негативных последствий необходимо из массива измельченного древесного материала отводить избыточную тепловую энергию в окружающую среду. Цель работы – исследование динамики количественных показателей теплофизических характеристик измельченных древесных материалов (технологической щепы, опилок, стружки, и коры) в среде массива насыпной кучи при хранении. При проведении работ использовали стандартные методы термического анализа, исследования проводили в лаборатории пожарно-технической экспертизы строительных и отделочных материалов и ЦКП НО «Арктика» С(А)ФУ имени М.В. Ломоносова. В результате получено математическое описание зависимости коэффициентов теплопроводности и теплоемкости измельченных древесных материалов от влажности и температуры, численные значения температур тления, воспламенения и самовоспламенения технологической щепы, опилок, отсева от щепы и коры. Результаты экспериментальных исследований применены для моделирования тепло-массообменных процессов в объектах хранения измельченной древесины и для совершенствования технологии безопасного хранения технологической щепы

Ключевые слова:
измельченная древесина, щепа, дисперсная система, теплопроводность и теплоемкость дисперсионной среды древесных материалов, температура тления, температура самовоспламенения
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

В технологиях переработки древесины образуется сопутствующий продукт в виде измельченной древесины (щепы, опилок, стружки, и коры). При её неправильном хранении в массиве кучи щепы возникают неуправляемые биотермо-процессы приводящие к самовозгоранию, в результате чего ежегодно безвозвратно теряется значительный объем и существенно снижаются качественные характеристики материала. Необхо-димо из массива кучи измельченной древесины принудительно отводить избыточную тепловую энергию во внешнюю окружающую среду теплоотводящими устройствами с обязательным контролем и управлением процессом хранения. Разработка и практическая реализация эффективных мер по сохранности кондиционных характеристик технологической щепы в процессе хранения её открытым способом требует комплексного учета всех факторов, которые оказывают влияние на процессы, протекающие в среде массива кучи щепы.

Массив кучи насыпных древесных материалов представляет собой сложную дисперсную систему и рассматривается нами как многофазная, многокомпонентная дисперсионная среда. Твердыми компонентами является фракция щепы, примеси и загрязнения. К газовым компонентам относятся элементы воздуха, содержащегося в массиве щепы между фракциями. Воздух вместе с частицами щепы является наиболее важным компонентом среды, поскольку их объемная и массовая доля значительна. Влага помимо пара в составе воздуха может присутствовать в виде свободной воды во фракции щепы в связанном состоянии или в виде жидкой фазы на поверхности частиц щепы. Количество влаги в перечисленных состояниях оказывает ключевое влияние на процессы аккумуляции тепла в среде массива и отвода тепловой энергии из эпицентра нагрева через массив кучи во внешнюю окружающую среду.

На процессы выделения тепла (разогрев щепы в эпицентре) и отвода тепловой энергии существенно влияет насыпная плотность многокомпонентного материала, которая сущест-венно неоднородна по объему кучи. Плотность многокомпонентной древесной смеси наряду с теплоемкостью и теплопроводностью, определяют значение коэффициента температуропроводности массива – основного параметра, характеризующего интенсивность теплообмена в среде смеси.

В научной литературе широко освещен вопрос о тепловых свойствах массивной древесины различных пород [2-7, 10]. Свойства измельченной древесины в дисперсной системе насыпной кучи изучены недостаточно [8, 9, 11].

Пространство между частицами измельченной древесины заполнено воздухом, обладающим отличными от нее теплотехническими свойствами. В массиве кучи между частицами древесины и воздухом происходит непрерывный тепло-массообмен. Значения коэффициентов теплопроводности и теплоемкости дисперсионной среды  древесных материалов в массиве насыпной кучи существенно отличаются от значений, полученных для массивной древесины [2].

Материалы и методы

В качестве исследуемого объекта приняты измельченные древесные материалы в дисперсной системе (технологическая щепа, опилки, отсев от щепы, кора) двух хвойных пород: сосны и ели, находящиеся в среде массива кучи.

Ортоборные порции фракции измельчен-ной древесины предварительно высушили до постоянной массы и просеяли через стандартный набор сит. Полученные образцы фракции использованы для дальнейшего исследования. Для щепы размером 20, 10 и 5 мм; для опилок и отсева размером 3, 2 и 1 мм. В соответствии с методикой определения коэффициента теплопроводности фракции выдерживали в сушильном шкафу Binder при температуре агента 40 °С, при достижении которой происходит активизация микробиологи-ческих процессов в дисперсной системе измельчён-ной древесины, интенсифицируется саморазогрев массива кучи, и относительной влажности агента 100 %. Контроль итоговой влажности образцов фракции осуществляли анализатором влажности MS-70 термогравиметрическим методом.

Коэффициент теплопроводности образцов измельченных древесных материалов в дисперсной системе определяли в бюксах на приборе МИТ-1 зондовым методом (ГОСТ 30256-94). Теплоемкость образцов измельченных древесных материалов в дисперсной системе определяли сканирующим калориметром DSC Q2000 методом дифференци-ального термического анализа. Температуру тления, воспламенения и самовоспламенения опре-деляли на установке ОТП по ГОСТ 12.1.044-89.

Результаты и их обсуждение

Математическое описание зависимости коэффициента теплопроводности измельченных древесных материалов в дисперсной системе массива кучи от влажности приведены в табл. 1. На рис. 1 представлена зависимость коэффициента теплопроводности образцов измельченных древес-ных материалов в дисперсной системе массива кучи от влажности среды.

В табл. 2 приведены температурные показатели термической безопасности измельчен-ной древесины в дисперсной системе массива кучи при хранении открытым способом. 

В результате анализа результатов экспериментальных исследований можно отметить:

- теплопроводность насыпных древесных материалов в среде массива кучи увеличивается прямо пропорционально повышению влажности среды;

- при W  0 %