31
1 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ М.Г.Ермоченков кафедра теплотехники 2012 Московский государственный университет леса,

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Московский государственный университет леса,. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ. М.Г.Ермоченков кафедра теплотехники 2012. Цель работы. Разработка математической модели тепло- и массообмена в древесине при интенсивном тепловом воздействии - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

1

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

МГЕрмоченков кафедра теплотехники

2012

Московский государственный университет леса

2

Цель работыbull Разработка математической модели тепло- и массообмена в

древесине при интенсивном тепловом воздействииbull Разработка методов прогнозирования свойств термически

модифицированной древесины

Принятые допущения- древесина в условиях интенсивного нагрева ndash многокомпонентная открытая трехфазная термодинамическая система с физико-химическими превращениями- в каждом бесконечно малом объеме материала существует состояние локального термодинамического равновесия- древесина представляет собой капиллярно-пористый композиционный материал состоящий из твердых жидких и газофазных компонентов рассматривается континуальная модель материала- газовая фаза рассматривается как трех компонентная смесь газов состоящая из а) водяного пара б) воздуха в) продуктов деструкции древесины- конвективный перенос газа внутри древесины описывается уравнением Дарси- температуры газовой жидкой и твердой фаз равны - перенос теплоты в древесине осуществляется тепловыми потоками за счет теплопроводности и конвективного переноса жидкой и газовой фаз- масса в жидкой фазе переносится за счет влагопроводности и конвективными потоками- масса в газовой фазе переносится конвективными и диффузионными потоками- задача решается в одномерной постановке

3

Уравнение переноса массы в твердой фазе

bull Здесь n1 ndash число твердофазных компонентов

bull m1 ndash число стадий

bull γ1 ndash номер компонента

bull Ψ1 ndash номер стадии

1

1

1

1

11 1n m

(1)

4

Уравнение переноса массы в жидкой фазе

где j2а ndash поток жидкости за счет диффузии

j2v ndash конвективный поток жидкой фазы

m1 ndash число стадий

γ1 ndash номер компонента

Уравнение решается с граничными условиями 1-го 2-го или 3-го рода на внешних границах материала

1

1

22

m

av d

dWjjdiv

Wi

(2)

5

Уравнения переноса массы в газовой фазе

где ρ ndash плотность газовой фазы i = 1 ndash водяной пар i = 2 ndashпродукты деструкции

i = 3 ndashвоздух v3ndash скорость конвективного переноса газовой фазы

Δ3ndash скорость диффузионного переноса массы

Система уравнений решается с граничными условиями 1-го или 2-го рода на внешних границах материала

1

1

1

232332323

m

d

dvdiv

333333333

vdiv

1

1

1

131331313

n

d

dWvdiv

(3)

(4)

(5)

6

Уравнение переноса теплоты

где q - поток теплоты теплопроводностью qв ndash конвективный поток теплоты за счет переноса влаги qn ndash конвективный поток теплоты за счет переноса

паровоздушной смеси Uив ndash источники теплоты за счет физико-химических процессов Uэ - источник теплоты за счет внешних воздействий

Уравнение решается с граничными условиями 1-го 2-го или

3-го рода на внешних границах материала

эивпв UUqqqdivT

c

(6)

7

Скорость протекания многостадийного процесса термической деструкции

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj ndash энергия активации j-й стадииbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадии

m

j

jj

nj RT

EA

d

d j

1

exp

(7)

8

Установка для термогравиметрических исследований в вакууме

1 ndash вакуумная камера 2 ndash электрическая печь 3 ndash Кольцевой тигель 4 ndash весы 5 ndash нить 6 ndash репер 7 ndash плоская спиральная пружина 8 ndash крышка весов 9 ndash стекло 10 ndash стойка катетометра 11 ndash каретка 12 ndash окуляр 13 ndash многооборотное сопротивление 14 ndash массивное основание

9

876

5

4

3

10

1112

13

2

14

1

9

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10002

0

02

04

06

08

1

Зависимость относительной массы древесины сосны от времени нагрева (темп нагрева 7 ordmСмин)

τ мин

ω с

тепе

нь р

азло

жен

ия

10

Результаты исследования термической деструкции древесины

Номерстадии

Начальная безразмерная масса стадии

Энергия активации ЕjR Частотный фактор Аj сmacrsup1

Береза Сосна Береза Сосна Береза Сосна

1 0172 0025 57810 54680 2377middot1051 4857middot1050

2 0168 0128 23140 15900 1362middot1018 1783middot1012

3 0215 0341 29420 20540 2784middot1021 3482middot1014

4 0345 0418 38740 29820 2623middot1026 1346middot1020

5 01 0088 8671 18430 6517middot104 2338middot1010

Таблица 1

11

Скорость протекания многостадийного

процесса парообразования

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj(φ) ndash энергия активации j-й стадииbull φ ndash относительная влажность газовой смеси в порах древесиныbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадииbull Wi Wk W0 ndash текущее конечное и начальное влагосодержание в древесине

RT

φEA

d

d jj

m

j

njj

)(exp

1

кo

кi

WW

WW

(8)

(9)

12

Экспериментальная установка для исследования процессов испарения влаги при

сушке древесины

программируемыйблок управления

управляемыйисточникпитания

~ 220 В

~ 220 В

батареятермопар

осветитель

приемникотраженногосвета

металлическоезеркало

к приборам

записи ЭДС

образец дляопределениямассы

образецдля определениятемпературы

печь дляисследованияпроцесса сушки

воздушныйкомпрессор

нагреватель воздуха

осушительвоздуха

к источнику питания20 ~ 30 В

13

Результаты исследования кинетики сушки

древесины березы

Номер стадии j Концентрация влаги j-й стадии j

Энергия активации Еj

Джмоль

Частотный фактор Аj сmacrsup1

1 0307 (ω = f(w)) 51750 164108

2 0570 (ω = f(w)) 60800 280109

3 0096 (ω = f(w)) 88130 3701013

4 0027 (ω = f(w)) 93700 2001013

32 223029016209880)(1 E32 7441280559530970)(2 E

3607719669950)(3 E32 564602667519840)(4 E

Е1 Е2 Е3 Е4 ndash значения энергии активации для первой второй третьей и четвертой стадий соответственно

- относительная влажность воздуха

Таблица 2

14

Испарение свободной влаги в порах древесины

bull partQ ndash количество теплоты подведенное к объему древесины r ndash скрытая теплота парообразования

bull partТ ndash изменение температуры - плотность материала с ndash теплоемкость материала

- толщина слоя древесины

0

0

0

2

2

2

d

dd

dd

d

r

QV

12

T

VcQ

x

наспара

наспара

наспара

РР

РР

РР

(10)

15

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура поверхности образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

16

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура центра образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

17

Сравнение результатов расчета и эксперимента Масса образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

00145

0015

00155

0016

00165

0017

00175

τ[с]

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 2: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

2

Цель работыbull Разработка математической модели тепло- и массообмена в

древесине при интенсивном тепловом воздействииbull Разработка методов прогнозирования свойств термически

модифицированной древесины

Принятые допущения- древесина в условиях интенсивного нагрева ndash многокомпонентная открытая трехфазная термодинамическая система с физико-химическими превращениями- в каждом бесконечно малом объеме материала существует состояние локального термодинамического равновесия- древесина представляет собой капиллярно-пористый композиционный материал состоящий из твердых жидких и газофазных компонентов рассматривается континуальная модель материала- газовая фаза рассматривается как трех компонентная смесь газов состоящая из а) водяного пара б) воздуха в) продуктов деструкции древесины- конвективный перенос газа внутри древесины описывается уравнением Дарси- температуры газовой жидкой и твердой фаз равны - перенос теплоты в древесине осуществляется тепловыми потоками за счет теплопроводности и конвективного переноса жидкой и газовой фаз- масса в жидкой фазе переносится за счет влагопроводности и конвективными потоками- масса в газовой фазе переносится конвективными и диффузионными потоками- задача решается в одномерной постановке

3

Уравнение переноса массы в твердой фазе

bull Здесь n1 ndash число твердофазных компонентов

bull m1 ndash число стадий

bull γ1 ndash номер компонента

bull Ψ1 ndash номер стадии

1

1

1

1

11 1n m

(1)

4

Уравнение переноса массы в жидкой фазе

где j2а ndash поток жидкости за счет диффузии

j2v ndash конвективный поток жидкой фазы

m1 ndash число стадий

γ1 ndash номер компонента

Уравнение решается с граничными условиями 1-го 2-го или 3-го рода на внешних границах материала

1

1

22

m

av d

dWjjdiv

Wi

(2)

5

Уравнения переноса массы в газовой фазе

где ρ ndash плотность газовой фазы i = 1 ndash водяной пар i = 2 ndashпродукты деструкции

i = 3 ndashвоздух v3ndash скорость конвективного переноса газовой фазы

Δ3ndash скорость диффузионного переноса массы

Система уравнений решается с граничными условиями 1-го или 2-го рода на внешних границах материала

1

1

1

232332323

m

d

dvdiv

333333333

vdiv

1

1

1

131331313

n

d

dWvdiv

(3)

(4)

(5)

6

Уравнение переноса теплоты

где q - поток теплоты теплопроводностью qв ndash конвективный поток теплоты за счет переноса влаги qn ndash конвективный поток теплоты за счет переноса

паровоздушной смеси Uив ndash источники теплоты за счет физико-химических процессов Uэ - источник теплоты за счет внешних воздействий

Уравнение решается с граничными условиями 1-го 2-го или

3-го рода на внешних границах материала

эивпв UUqqqdivT

c

(6)

7

Скорость протекания многостадийного процесса термической деструкции

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj ndash энергия активации j-й стадииbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадии

m

j

jj

nj RT

EA

d

d j

1

exp

(7)

8

Установка для термогравиметрических исследований в вакууме

1 ndash вакуумная камера 2 ndash электрическая печь 3 ndash Кольцевой тигель 4 ndash весы 5 ndash нить 6 ndash репер 7 ndash плоская спиральная пружина 8 ndash крышка весов 9 ndash стекло 10 ndash стойка катетометра 11 ndash каретка 12 ndash окуляр 13 ndash многооборотное сопротивление 14 ndash массивное основание

9

876

5

4

3

10

1112

13

2

14

1

9

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10002

0

02

04

06

08

1

Зависимость относительной массы древесины сосны от времени нагрева (темп нагрева 7 ordmСмин)

τ мин

ω с

тепе

нь р

азло

жен

ия

10

Результаты исследования термической деструкции древесины

Номерстадии

Начальная безразмерная масса стадии

Энергия активации ЕjR Частотный фактор Аj сmacrsup1

Береза Сосна Береза Сосна Береза Сосна

1 0172 0025 57810 54680 2377middot1051 4857middot1050

2 0168 0128 23140 15900 1362middot1018 1783middot1012

3 0215 0341 29420 20540 2784middot1021 3482middot1014

4 0345 0418 38740 29820 2623middot1026 1346middot1020

5 01 0088 8671 18430 6517middot104 2338middot1010

Таблица 1

11

Скорость протекания многостадийного

процесса парообразования

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj(φ) ndash энергия активации j-й стадииbull φ ndash относительная влажность газовой смеси в порах древесиныbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадииbull Wi Wk W0 ndash текущее конечное и начальное влагосодержание в древесине

RT

φEA

d

d jj

m

j

njj

)(exp

1

кo

кi

WW

WW

(8)

(9)

12

Экспериментальная установка для исследования процессов испарения влаги при

сушке древесины

программируемыйблок управления

управляемыйисточникпитания

~ 220 В

~ 220 В

батареятермопар

осветитель

приемникотраженногосвета

металлическоезеркало

к приборам

записи ЭДС

образец дляопределениямассы

образецдля определениятемпературы

печь дляисследованияпроцесса сушки

воздушныйкомпрессор

нагреватель воздуха

осушительвоздуха

к источнику питания20 ~ 30 В

13

Результаты исследования кинетики сушки

древесины березы

Номер стадии j Концентрация влаги j-й стадии j

Энергия активации Еj

Джмоль

Частотный фактор Аj сmacrsup1

1 0307 (ω = f(w)) 51750 164108

2 0570 (ω = f(w)) 60800 280109

3 0096 (ω = f(w)) 88130 3701013

4 0027 (ω = f(w)) 93700 2001013

32 223029016209880)(1 E32 7441280559530970)(2 E

3607719669950)(3 E32 564602667519840)(4 E

Е1 Е2 Е3 Е4 ndash значения энергии активации для первой второй третьей и четвертой стадий соответственно

- относительная влажность воздуха

Таблица 2

14

Испарение свободной влаги в порах древесины

bull partQ ndash количество теплоты подведенное к объему древесины r ndash скрытая теплота парообразования

bull partТ ndash изменение температуры - плотность материала с ndash теплоемкость материала

- толщина слоя древесины

0

0

0

2

2

2

d

dd

dd

d

r

QV

12

T

VcQ

x

наспара

наспара

наспара

РР

РР

РР

(10)

15

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура поверхности образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

16

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура центра образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

17

Сравнение результатов расчета и эксперимента Масса образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

00145

0015

00155

0016

00165

0017

00175

τ[с]

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 3: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

3

Уравнение переноса массы в твердой фазе

bull Здесь n1 ndash число твердофазных компонентов

bull m1 ndash число стадий

bull γ1 ndash номер компонента

bull Ψ1 ndash номер стадии

1

1

1

1

11 1n m

(1)

4

Уравнение переноса массы в жидкой фазе

где j2а ndash поток жидкости за счет диффузии

j2v ndash конвективный поток жидкой фазы

m1 ndash число стадий

γ1 ndash номер компонента

Уравнение решается с граничными условиями 1-го 2-го или 3-го рода на внешних границах материала

1

1

22

m

av d

dWjjdiv

Wi

(2)

5

Уравнения переноса массы в газовой фазе

где ρ ndash плотность газовой фазы i = 1 ndash водяной пар i = 2 ndashпродукты деструкции

i = 3 ndashвоздух v3ndash скорость конвективного переноса газовой фазы

Δ3ndash скорость диффузионного переноса массы

Система уравнений решается с граничными условиями 1-го или 2-го рода на внешних границах материала

1

1

1

232332323

m

d

dvdiv

333333333

vdiv

1

1

1

131331313

n

d

dWvdiv

(3)

(4)

(5)

6

Уравнение переноса теплоты

где q - поток теплоты теплопроводностью qв ndash конвективный поток теплоты за счет переноса влаги qn ndash конвективный поток теплоты за счет переноса

паровоздушной смеси Uив ndash источники теплоты за счет физико-химических процессов Uэ - источник теплоты за счет внешних воздействий

Уравнение решается с граничными условиями 1-го 2-го или

3-го рода на внешних границах материала

эивпв UUqqqdivT

c

(6)

7

Скорость протекания многостадийного процесса термической деструкции

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj ndash энергия активации j-й стадииbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадии

m

j

jj

nj RT

EA

d

d j

1

exp

(7)

8

Установка для термогравиметрических исследований в вакууме

1 ndash вакуумная камера 2 ndash электрическая печь 3 ndash Кольцевой тигель 4 ndash весы 5 ndash нить 6 ndash репер 7 ndash плоская спиральная пружина 8 ndash крышка весов 9 ndash стекло 10 ndash стойка катетометра 11 ndash каретка 12 ndash окуляр 13 ndash многооборотное сопротивление 14 ndash массивное основание

9

876

5

4

3

10

1112

13

2

14

1

9

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10002

0

02

04

06

08

1

Зависимость относительной массы древесины сосны от времени нагрева (темп нагрева 7 ordmСмин)

τ мин

ω с

тепе

нь р

азло

жен

ия

10

Результаты исследования термической деструкции древесины

Номерстадии

Начальная безразмерная масса стадии

Энергия активации ЕjR Частотный фактор Аj сmacrsup1

Береза Сосна Береза Сосна Береза Сосна

1 0172 0025 57810 54680 2377middot1051 4857middot1050

2 0168 0128 23140 15900 1362middot1018 1783middot1012

3 0215 0341 29420 20540 2784middot1021 3482middot1014

4 0345 0418 38740 29820 2623middot1026 1346middot1020

5 01 0088 8671 18430 6517middot104 2338middot1010

Таблица 1

11

Скорость протекания многостадийного

процесса парообразования

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj(φ) ndash энергия активации j-й стадииbull φ ndash относительная влажность газовой смеси в порах древесиныbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадииbull Wi Wk W0 ndash текущее конечное и начальное влагосодержание в древесине

RT

φEA

d

d jj

m

j

njj

)(exp

1

кo

кi

WW

WW

(8)

(9)

12

Экспериментальная установка для исследования процессов испарения влаги при

сушке древесины

программируемыйблок управления

управляемыйисточникпитания

~ 220 В

~ 220 В

батареятермопар

осветитель

приемникотраженногосвета

металлическоезеркало

к приборам

записи ЭДС

образец дляопределениямассы

образецдля определениятемпературы

печь дляисследованияпроцесса сушки

воздушныйкомпрессор

нагреватель воздуха

осушительвоздуха

к источнику питания20 ~ 30 В

13

Результаты исследования кинетики сушки

древесины березы

Номер стадии j Концентрация влаги j-й стадии j

Энергия активации Еj

Джмоль

Частотный фактор Аj сmacrsup1

1 0307 (ω = f(w)) 51750 164108

2 0570 (ω = f(w)) 60800 280109

3 0096 (ω = f(w)) 88130 3701013

4 0027 (ω = f(w)) 93700 2001013

32 223029016209880)(1 E32 7441280559530970)(2 E

3607719669950)(3 E32 564602667519840)(4 E

Е1 Е2 Е3 Е4 ndash значения энергии активации для первой второй третьей и четвертой стадий соответственно

- относительная влажность воздуха

Таблица 2

14

Испарение свободной влаги в порах древесины

bull partQ ndash количество теплоты подведенное к объему древесины r ndash скрытая теплота парообразования

bull partТ ndash изменение температуры - плотность материала с ndash теплоемкость материала

- толщина слоя древесины

0

0

0

2

2

2

d

dd

dd

d

r

QV

12

T

VcQ

x

наспара

наспара

наспара

РР

РР

РР

(10)

15

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура поверхности образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

16

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура центра образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

17

Сравнение результатов расчета и эксперимента Масса образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

00145

0015

00155

0016

00165

0017

00175

τ[с]

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 4: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

4

Уравнение переноса массы в жидкой фазе

где j2а ndash поток жидкости за счет диффузии

j2v ndash конвективный поток жидкой фазы

m1 ndash число стадий

γ1 ndash номер компонента

Уравнение решается с граничными условиями 1-го 2-го или 3-го рода на внешних границах материала

1

1

22

m

av d

dWjjdiv

Wi

(2)

5

Уравнения переноса массы в газовой фазе

где ρ ndash плотность газовой фазы i = 1 ndash водяной пар i = 2 ndashпродукты деструкции

i = 3 ndashвоздух v3ndash скорость конвективного переноса газовой фазы

Δ3ndash скорость диффузионного переноса массы

Система уравнений решается с граничными условиями 1-го или 2-го рода на внешних границах материала

1

1

1

232332323

m

d

dvdiv

333333333

vdiv

1

1

1

131331313

n

d

dWvdiv

(3)

(4)

(5)

6

Уравнение переноса теплоты

где q - поток теплоты теплопроводностью qв ndash конвективный поток теплоты за счет переноса влаги qn ndash конвективный поток теплоты за счет переноса

паровоздушной смеси Uив ndash источники теплоты за счет физико-химических процессов Uэ - источник теплоты за счет внешних воздействий

Уравнение решается с граничными условиями 1-го 2-го или

3-го рода на внешних границах материала

эивпв UUqqqdivT

c

(6)

7

Скорость протекания многостадийного процесса термической деструкции

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj ndash энергия активации j-й стадииbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадии

m

j

jj

nj RT

EA

d

d j

1

exp

(7)

8

Установка для термогравиметрических исследований в вакууме

1 ndash вакуумная камера 2 ndash электрическая печь 3 ndash Кольцевой тигель 4 ndash весы 5 ndash нить 6 ndash репер 7 ndash плоская спиральная пружина 8 ndash крышка весов 9 ndash стекло 10 ndash стойка катетометра 11 ndash каретка 12 ndash окуляр 13 ndash многооборотное сопротивление 14 ndash массивное основание

9

876

5

4

3

10

1112

13

2

14

1

9

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10002

0

02

04

06

08

1

Зависимость относительной массы древесины сосны от времени нагрева (темп нагрева 7 ordmСмин)

τ мин

ω с

тепе

нь р

азло

жен

ия

10

Результаты исследования термической деструкции древесины

Номерстадии

Начальная безразмерная масса стадии

Энергия активации ЕjR Частотный фактор Аj сmacrsup1

Береза Сосна Береза Сосна Береза Сосна

1 0172 0025 57810 54680 2377middot1051 4857middot1050

2 0168 0128 23140 15900 1362middot1018 1783middot1012

3 0215 0341 29420 20540 2784middot1021 3482middot1014

4 0345 0418 38740 29820 2623middot1026 1346middot1020

5 01 0088 8671 18430 6517middot104 2338middot1010

Таблица 1

11

Скорость протекания многостадийного

процесса парообразования

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj(φ) ndash энергия активации j-й стадииbull φ ndash относительная влажность газовой смеси в порах древесиныbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадииbull Wi Wk W0 ndash текущее конечное и начальное влагосодержание в древесине

RT

φEA

d

d jj

m

j

njj

)(exp

1

кo

кi

WW

WW

(8)

(9)

12

Экспериментальная установка для исследования процессов испарения влаги при

сушке древесины

программируемыйблок управления

управляемыйисточникпитания

~ 220 В

~ 220 В

батареятермопар

осветитель

приемникотраженногосвета

металлическоезеркало

к приборам

записи ЭДС

образец дляопределениямассы

образецдля определениятемпературы

печь дляисследованияпроцесса сушки

воздушныйкомпрессор

нагреватель воздуха

осушительвоздуха

к источнику питания20 ~ 30 В

13

Результаты исследования кинетики сушки

древесины березы

Номер стадии j Концентрация влаги j-й стадии j

Энергия активации Еj

Джмоль

Частотный фактор Аj сmacrsup1

1 0307 (ω = f(w)) 51750 164108

2 0570 (ω = f(w)) 60800 280109

3 0096 (ω = f(w)) 88130 3701013

4 0027 (ω = f(w)) 93700 2001013

32 223029016209880)(1 E32 7441280559530970)(2 E

3607719669950)(3 E32 564602667519840)(4 E

Е1 Е2 Е3 Е4 ndash значения энергии активации для первой второй третьей и четвертой стадий соответственно

- относительная влажность воздуха

Таблица 2

14

Испарение свободной влаги в порах древесины

bull partQ ndash количество теплоты подведенное к объему древесины r ndash скрытая теплота парообразования

bull partТ ndash изменение температуры - плотность материала с ndash теплоемкость материала

- толщина слоя древесины

0

0

0

2

2

2

d

dd

dd

d

r

QV

12

T

VcQ

x

наспара

наспара

наспара

РР

РР

РР

(10)

15

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура поверхности образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

16

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура центра образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

17

Сравнение результатов расчета и эксперимента Масса образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

00145

0015

00155

0016

00165

0017

00175

τ[с]

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 5: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

5

Уравнения переноса массы в газовой фазе

где ρ ndash плотность газовой фазы i = 1 ndash водяной пар i = 2 ndashпродукты деструкции

i = 3 ndashвоздух v3ndash скорость конвективного переноса газовой фазы

Δ3ndash скорость диффузионного переноса массы

Система уравнений решается с граничными условиями 1-го или 2-го рода на внешних границах материала

1

1

1

232332323

m

d

dvdiv

333333333

vdiv

1

1

1

131331313

n

d

dWvdiv

(3)

(4)

(5)

6

Уравнение переноса теплоты

где q - поток теплоты теплопроводностью qв ndash конвективный поток теплоты за счет переноса влаги qn ndash конвективный поток теплоты за счет переноса

паровоздушной смеси Uив ndash источники теплоты за счет физико-химических процессов Uэ - источник теплоты за счет внешних воздействий

Уравнение решается с граничными условиями 1-го 2-го или

3-го рода на внешних границах материала

эивпв UUqqqdivT

c

(6)

7

Скорость протекания многостадийного процесса термической деструкции

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj ndash энергия активации j-й стадииbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадии

m

j

jj

nj RT

EA

d

d j

1

exp

(7)

8

Установка для термогравиметрических исследований в вакууме

1 ndash вакуумная камера 2 ndash электрическая печь 3 ndash Кольцевой тигель 4 ndash весы 5 ndash нить 6 ndash репер 7 ndash плоская спиральная пружина 8 ndash крышка весов 9 ndash стекло 10 ndash стойка катетометра 11 ndash каретка 12 ndash окуляр 13 ndash многооборотное сопротивление 14 ndash массивное основание

9

876

5

4

3

10

1112

13

2

14

1

9

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10002

0

02

04

06

08

1

Зависимость относительной массы древесины сосны от времени нагрева (темп нагрева 7 ordmСмин)

τ мин

ω с

тепе

нь р

азло

жен

ия

10

Результаты исследования термической деструкции древесины

Номерстадии

Начальная безразмерная масса стадии

Энергия активации ЕjR Частотный фактор Аj сmacrsup1

Береза Сосна Береза Сосна Береза Сосна

1 0172 0025 57810 54680 2377middot1051 4857middot1050

2 0168 0128 23140 15900 1362middot1018 1783middot1012

3 0215 0341 29420 20540 2784middot1021 3482middot1014

4 0345 0418 38740 29820 2623middot1026 1346middot1020

5 01 0088 8671 18430 6517middot104 2338middot1010

Таблица 1

11

Скорость протекания многостадийного

процесса парообразования

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj(φ) ndash энергия активации j-й стадииbull φ ndash относительная влажность газовой смеси в порах древесиныbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадииbull Wi Wk W0 ndash текущее конечное и начальное влагосодержание в древесине

RT

φEA

d

d jj

m

j

njj

)(exp

1

кo

кi

WW

WW

(8)

(9)

12

Экспериментальная установка для исследования процессов испарения влаги при

сушке древесины

программируемыйблок управления

управляемыйисточникпитания

~ 220 В

~ 220 В

батареятермопар

осветитель

приемникотраженногосвета

металлическоезеркало

к приборам

записи ЭДС

образец дляопределениямассы

образецдля определениятемпературы

печь дляисследованияпроцесса сушки

воздушныйкомпрессор

нагреватель воздуха

осушительвоздуха

к источнику питания20 ~ 30 В

13

Результаты исследования кинетики сушки

древесины березы

Номер стадии j Концентрация влаги j-й стадии j

Энергия активации Еj

Джмоль

Частотный фактор Аj сmacrsup1

1 0307 (ω = f(w)) 51750 164108

2 0570 (ω = f(w)) 60800 280109

3 0096 (ω = f(w)) 88130 3701013

4 0027 (ω = f(w)) 93700 2001013

32 223029016209880)(1 E32 7441280559530970)(2 E

3607719669950)(3 E32 564602667519840)(4 E

Е1 Е2 Е3 Е4 ndash значения энергии активации для первой второй третьей и четвертой стадий соответственно

- относительная влажность воздуха

Таблица 2

14

Испарение свободной влаги в порах древесины

bull partQ ndash количество теплоты подведенное к объему древесины r ndash скрытая теплота парообразования

bull partТ ndash изменение температуры - плотность материала с ndash теплоемкость материала

- толщина слоя древесины

0

0

0

2

2

2

d

dd

dd

d

r

QV

12

T

VcQ

x

наспара

наспара

наспара

РР

РР

РР

(10)

15

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура поверхности образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

16

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура центра образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

17

Сравнение результатов расчета и эксперимента Масса образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

00145

0015

00155

0016

00165

0017

00175

τ[с]

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 6: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

6

Уравнение переноса теплоты

где q - поток теплоты теплопроводностью qв ndash конвективный поток теплоты за счет переноса влаги qn ndash конвективный поток теплоты за счет переноса

паровоздушной смеси Uив ndash источники теплоты за счет физико-химических процессов Uэ - источник теплоты за счет внешних воздействий

Уравнение решается с граничными условиями 1-го 2-го или

3-го рода на внешних границах материала

эивпв UUqqqdivT

c

(6)

7

Скорость протекания многостадийного процесса термической деструкции

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj ndash энергия активации j-й стадииbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадии

m

j

jj

nj RT

EA

d

d j

1

exp

(7)

8

Установка для термогравиметрических исследований в вакууме

1 ndash вакуумная камера 2 ndash электрическая печь 3 ndash Кольцевой тигель 4 ndash весы 5 ndash нить 6 ndash репер 7 ndash плоская спиральная пружина 8 ndash крышка весов 9 ndash стекло 10 ndash стойка катетометра 11 ndash каретка 12 ndash окуляр 13 ndash многооборотное сопротивление 14 ndash массивное основание

9

876

5

4

3

10

1112

13

2

14

1

9

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10002

0

02

04

06

08

1

Зависимость относительной массы древесины сосны от времени нагрева (темп нагрева 7 ordmСмин)

τ мин

ω с

тепе

нь р

азло

жен

ия

10

Результаты исследования термической деструкции древесины

Номерстадии

Начальная безразмерная масса стадии

Энергия активации ЕjR Частотный фактор Аj сmacrsup1

Береза Сосна Береза Сосна Береза Сосна

1 0172 0025 57810 54680 2377middot1051 4857middot1050

2 0168 0128 23140 15900 1362middot1018 1783middot1012

3 0215 0341 29420 20540 2784middot1021 3482middot1014

4 0345 0418 38740 29820 2623middot1026 1346middot1020

5 01 0088 8671 18430 6517middot104 2338middot1010

Таблица 1

11

Скорость протекания многостадийного

процесса парообразования

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj(φ) ndash энергия активации j-й стадииbull φ ndash относительная влажность газовой смеси в порах древесиныbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадииbull Wi Wk W0 ndash текущее конечное и начальное влагосодержание в древесине

RT

φEA

d

d jj

m

j

njj

)(exp

1

кo

кi

WW

WW

(8)

(9)

12

Экспериментальная установка для исследования процессов испарения влаги при

сушке древесины

программируемыйблок управления

управляемыйисточникпитания

~ 220 В

~ 220 В

батареятермопар

осветитель

приемникотраженногосвета

металлическоезеркало

к приборам

записи ЭДС

образец дляопределениямассы

образецдля определениятемпературы

печь дляисследованияпроцесса сушки

воздушныйкомпрессор

нагреватель воздуха

осушительвоздуха

к источнику питания20 ~ 30 В

13

Результаты исследования кинетики сушки

древесины березы

Номер стадии j Концентрация влаги j-й стадии j

Энергия активации Еj

Джмоль

Частотный фактор Аj сmacrsup1

1 0307 (ω = f(w)) 51750 164108

2 0570 (ω = f(w)) 60800 280109

3 0096 (ω = f(w)) 88130 3701013

4 0027 (ω = f(w)) 93700 2001013

32 223029016209880)(1 E32 7441280559530970)(2 E

3607719669950)(3 E32 564602667519840)(4 E

Е1 Е2 Е3 Е4 ndash значения энергии активации для первой второй третьей и четвертой стадий соответственно

- относительная влажность воздуха

Таблица 2

14

Испарение свободной влаги в порах древесины

bull partQ ndash количество теплоты подведенное к объему древесины r ndash скрытая теплота парообразования

bull partТ ndash изменение температуры - плотность материала с ndash теплоемкость материала

- толщина слоя древесины

0

0

0

2

2

2

d

dd

dd

d

r

QV

12

T

VcQ

x

наспара

наспара

наспара

РР

РР

РР

(10)

15

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура поверхности образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

16

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура центра образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

17

Сравнение результатов расчета и эксперимента Масса образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

00145

0015

00155

0016

00165

0017

00175

τ[с]

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 7: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

7

Скорость протекания многостадийного процесса термической деструкции

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj ndash энергия активации j-й стадииbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадии

m

j

jj

nj RT

EA

d

d j

1

exp

(7)

8

Установка для термогравиметрических исследований в вакууме

1 ndash вакуумная камера 2 ndash электрическая печь 3 ndash Кольцевой тигель 4 ndash весы 5 ndash нить 6 ndash репер 7 ndash плоская спиральная пружина 8 ndash крышка весов 9 ndash стекло 10 ndash стойка катетометра 11 ndash каретка 12 ndash окуляр 13 ndash многооборотное сопротивление 14 ndash массивное основание

9

876

5

4

3

10

1112

13

2

14

1

9

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10002

0

02

04

06

08

1

Зависимость относительной массы древесины сосны от времени нагрева (темп нагрева 7 ordmСмин)

τ мин

ω с

тепе

нь р

азло

жен

ия

10

Результаты исследования термической деструкции древесины

Номерстадии

Начальная безразмерная масса стадии

Энергия активации ЕjR Частотный фактор Аj сmacrsup1

Береза Сосна Береза Сосна Береза Сосна

1 0172 0025 57810 54680 2377middot1051 4857middot1050

2 0168 0128 23140 15900 1362middot1018 1783middot1012

3 0215 0341 29420 20540 2784middot1021 3482middot1014

4 0345 0418 38740 29820 2623middot1026 1346middot1020

5 01 0088 8671 18430 6517middot104 2338middot1010

Таблица 1

11

Скорость протекания многостадийного

процесса парообразования

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj(φ) ndash энергия активации j-й стадииbull φ ndash относительная влажность газовой смеси в порах древесиныbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадииbull Wi Wk W0 ndash текущее конечное и начальное влагосодержание в древесине

RT

φEA

d

d jj

m

j

njj

)(exp

1

кo

кi

WW

WW

(8)

(9)

12

Экспериментальная установка для исследования процессов испарения влаги при

сушке древесины

программируемыйблок управления

управляемыйисточникпитания

~ 220 В

~ 220 В

батареятермопар

осветитель

приемникотраженногосвета

металлическоезеркало

к приборам

записи ЭДС

образец дляопределениямассы

образецдля определениятемпературы

печь дляисследованияпроцесса сушки

воздушныйкомпрессор

нагреватель воздуха

осушительвоздуха

к источнику питания20 ~ 30 В

13

Результаты исследования кинетики сушки

древесины березы

Номер стадии j Концентрация влаги j-й стадии j

Энергия активации Еj

Джмоль

Частотный фактор Аj сmacrsup1

1 0307 (ω = f(w)) 51750 164108

2 0570 (ω = f(w)) 60800 280109

3 0096 (ω = f(w)) 88130 3701013

4 0027 (ω = f(w)) 93700 2001013

32 223029016209880)(1 E32 7441280559530970)(2 E

3607719669950)(3 E32 564602667519840)(4 E

Е1 Е2 Е3 Е4 ndash значения энергии активации для первой второй третьей и четвертой стадий соответственно

- относительная влажность воздуха

Таблица 2

14

Испарение свободной влаги в порах древесины

bull partQ ndash количество теплоты подведенное к объему древесины r ndash скрытая теплота парообразования

bull partТ ndash изменение температуры - плотность материала с ndash теплоемкость материала

- толщина слоя древесины

0

0

0

2

2

2

d

dd

dd

d

r

QV

12

T

VcQ

x

наспара

наспара

наспара

РР

РР

РР

(10)

15

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура поверхности образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

16

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура центра образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

17

Сравнение результатов расчета и эксперимента Масса образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

00145

0015

00155

0016

00165

0017

00175

τ[с]

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 8: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

8

Установка для термогравиметрических исследований в вакууме

1 ndash вакуумная камера 2 ndash электрическая печь 3 ndash Кольцевой тигель 4 ndash весы 5 ndash нить 6 ndash репер 7 ndash плоская спиральная пружина 8 ndash крышка весов 9 ndash стекло 10 ndash стойка катетометра 11 ndash каретка 12 ndash окуляр 13 ndash многооборотное сопротивление 14 ndash массивное основание

9

876

5

4

3

10

1112

13

2

14

1

9

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10002

0

02

04

06

08

1

Зависимость относительной массы древесины сосны от времени нагрева (темп нагрева 7 ordmСмин)

τ мин

ω с

тепе

нь р

азло

жен

ия

10

Результаты исследования термической деструкции древесины

Номерстадии

Начальная безразмерная масса стадии

Энергия активации ЕjR Частотный фактор Аj сmacrsup1

Береза Сосна Береза Сосна Береза Сосна

1 0172 0025 57810 54680 2377middot1051 4857middot1050

2 0168 0128 23140 15900 1362middot1018 1783middot1012

3 0215 0341 29420 20540 2784middot1021 3482middot1014

4 0345 0418 38740 29820 2623middot1026 1346middot1020

5 01 0088 8671 18430 6517middot104 2338middot1010

Таблица 1

11

Скорость протекания многостадийного

процесса парообразования

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj(φ) ndash энергия активации j-й стадииbull φ ndash относительная влажность газовой смеси в порах древесиныbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадииbull Wi Wk W0 ndash текущее конечное и начальное влагосодержание в древесине

RT

φEA

d

d jj

m

j

njj

)(exp

1

кo

кi

WW

WW

(8)

(9)

12

Экспериментальная установка для исследования процессов испарения влаги при

сушке древесины

программируемыйблок управления

управляемыйисточникпитания

~ 220 В

~ 220 В

батареятермопар

осветитель

приемникотраженногосвета

металлическоезеркало

к приборам

записи ЭДС

образец дляопределениямассы

образецдля определениятемпературы

печь дляисследованияпроцесса сушки

воздушныйкомпрессор

нагреватель воздуха

осушительвоздуха

к источнику питания20 ~ 30 В

13

Результаты исследования кинетики сушки

древесины березы

Номер стадии j Концентрация влаги j-й стадии j

Энергия активации Еj

Джмоль

Частотный фактор Аj сmacrsup1

1 0307 (ω = f(w)) 51750 164108

2 0570 (ω = f(w)) 60800 280109

3 0096 (ω = f(w)) 88130 3701013

4 0027 (ω = f(w)) 93700 2001013

32 223029016209880)(1 E32 7441280559530970)(2 E

3607719669950)(3 E32 564602667519840)(4 E

Е1 Е2 Е3 Е4 ndash значения энергии активации для первой второй третьей и четвертой стадий соответственно

- относительная влажность воздуха

Таблица 2

14

Испарение свободной влаги в порах древесины

bull partQ ndash количество теплоты подведенное к объему древесины r ndash скрытая теплота парообразования

bull partТ ndash изменение температуры - плотность материала с ndash теплоемкость материала

- толщина слоя древесины

0

0

0

2

2

2

d

dd

dd

d

r

QV

12

T

VcQ

x

наспара

наспара

наспара

РР

РР

РР

(10)

15

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура поверхности образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

16

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура центра образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

17

Сравнение результатов расчета и эксперимента Масса образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

00145

0015

00155

0016

00165

0017

00175

τ[с]

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 9: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

9

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10002

0

02

04

06

08

1

Зависимость относительной массы древесины сосны от времени нагрева (темп нагрева 7 ordmСмин)

τ мин

ω с

тепе

нь р

азло

жен

ия

10

Результаты исследования термической деструкции древесины

Номерстадии

Начальная безразмерная масса стадии

Энергия активации ЕjR Частотный фактор Аj сmacrsup1

Береза Сосна Береза Сосна Береза Сосна

1 0172 0025 57810 54680 2377middot1051 4857middot1050

2 0168 0128 23140 15900 1362middot1018 1783middot1012

3 0215 0341 29420 20540 2784middot1021 3482middot1014

4 0345 0418 38740 29820 2623middot1026 1346middot1020

5 01 0088 8671 18430 6517middot104 2338middot1010

Таблица 1

11

Скорость протекания многостадийного

процесса парообразования

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj(φ) ndash энергия активации j-й стадииbull φ ndash относительная влажность газовой смеси в порах древесиныbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадииbull Wi Wk W0 ndash текущее конечное и начальное влагосодержание в древесине

RT

φEA

d

d jj

m

j

njj

)(exp

1

кo

кi

WW

WW

(8)

(9)

12

Экспериментальная установка для исследования процессов испарения влаги при

сушке древесины

программируемыйблок управления

управляемыйисточникпитания

~ 220 В

~ 220 В

батареятермопар

осветитель

приемникотраженногосвета

металлическоезеркало

к приборам

записи ЭДС

образец дляопределениямассы

образецдля определениятемпературы

печь дляисследованияпроцесса сушки

воздушныйкомпрессор

нагреватель воздуха

осушительвоздуха

к источнику питания20 ~ 30 В

13

Результаты исследования кинетики сушки

древесины березы

Номер стадии j Концентрация влаги j-й стадии j

Энергия активации Еj

Джмоль

Частотный фактор Аj сmacrsup1

1 0307 (ω = f(w)) 51750 164108

2 0570 (ω = f(w)) 60800 280109

3 0096 (ω = f(w)) 88130 3701013

4 0027 (ω = f(w)) 93700 2001013

32 223029016209880)(1 E32 7441280559530970)(2 E

3607719669950)(3 E32 564602667519840)(4 E

Е1 Е2 Е3 Е4 ndash значения энергии активации для первой второй третьей и четвертой стадий соответственно

- относительная влажность воздуха

Таблица 2

14

Испарение свободной влаги в порах древесины

bull partQ ndash количество теплоты подведенное к объему древесины r ndash скрытая теплота парообразования

bull partТ ndash изменение температуры - плотность материала с ndash теплоемкость материала

- толщина слоя древесины

0

0

0

2

2

2

d

dd

dd

d

r

QV

12

T

VcQ

x

наспара

наспара

наспара

РР

РР

РР

(10)

15

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура поверхности образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

16

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура центра образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

17

Сравнение результатов расчета и эксперимента Масса образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

00145

0015

00155

0016

00165

0017

00175

τ[с]

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 10: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

10

Результаты исследования термической деструкции древесины

Номерстадии

Начальная безразмерная масса стадии

Энергия активации ЕjR Частотный фактор Аj сmacrsup1

Береза Сосна Береза Сосна Береза Сосна

1 0172 0025 57810 54680 2377middot1051 4857middot1050

2 0168 0128 23140 15900 1362middot1018 1783middot1012

3 0215 0341 29420 20540 2784middot1021 3482middot1014

4 0345 0418 38740 29820 2623middot1026 1346middot1020

5 01 0088 8671 18430 6517middot104 2338middot1010

Таблица 1

11

Скорость протекания многостадийного

процесса парообразования

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj(φ) ndash энергия активации j-й стадииbull φ ndash относительная влажность газовой смеси в порах древесиныbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадииbull Wi Wk W0 ndash текущее конечное и начальное влагосодержание в древесине

RT

φEA

d

d jj

m

j

njj

)(exp

1

кo

кi

WW

WW

(8)

(9)

12

Экспериментальная установка для исследования процессов испарения влаги при

сушке древесины

программируемыйблок управления

управляемыйисточникпитания

~ 220 В

~ 220 В

батареятермопар

осветитель

приемникотраженногосвета

металлическоезеркало

к приборам

записи ЭДС

образец дляопределениямассы

образецдля определениятемпературы

печь дляисследованияпроцесса сушки

воздушныйкомпрессор

нагреватель воздуха

осушительвоздуха

к источнику питания20 ~ 30 В

13

Результаты исследования кинетики сушки

древесины березы

Номер стадии j Концентрация влаги j-й стадии j

Энергия активации Еj

Джмоль

Частотный фактор Аj сmacrsup1

1 0307 (ω = f(w)) 51750 164108

2 0570 (ω = f(w)) 60800 280109

3 0096 (ω = f(w)) 88130 3701013

4 0027 (ω = f(w)) 93700 2001013

32 223029016209880)(1 E32 7441280559530970)(2 E

3607719669950)(3 E32 564602667519840)(4 E

Е1 Е2 Е3 Е4 ndash значения энергии активации для первой второй третьей и четвертой стадий соответственно

- относительная влажность воздуха

Таблица 2

14

Испарение свободной влаги в порах древесины

bull partQ ndash количество теплоты подведенное к объему древесины r ndash скрытая теплота парообразования

bull partТ ndash изменение температуры - плотность материала с ndash теплоемкость материала

- толщина слоя древесины

0

0

0

2

2

2

d

dd

dd

d

r

QV

12

T

VcQ

x

наспара

наспара

наспара

РР

РР

РР

(10)

15

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура поверхности образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

16

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура центра образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

17

Сравнение результатов расчета и эксперимента Масса образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

00145

0015

00155

0016

00165

0017

00175

τ[с]

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 11: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

11

Скорость протекания многостадийного

процесса парообразования

bull где j ndash индекс соответствующий номеру стадииbull m ndash число стадийbull Аj ndash частотный фактор j-й стадииbull Еj(φ) ndash энергия активации j-й стадииbull φ ndash относительная влажность газовой смеси в порах древесиныbull nj ndash порядок реакции j-й стадииbull R ndash газовая постояннаяbull Т ndash температураbull - безразмерная масса стадииbull Wi Wk W0 ndash текущее конечное и начальное влагосодержание в древесине

RT

φEA

d

d jj

m

j

njj

)(exp

1

кo

кi

WW

WW

(8)

(9)

12

Экспериментальная установка для исследования процессов испарения влаги при

сушке древесины

программируемыйблок управления

управляемыйисточникпитания

~ 220 В

~ 220 В

батареятермопар

осветитель

приемникотраженногосвета

металлическоезеркало

к приборам

записи ЭДС

образец дляопределениямассы

образецдля определениятемпературы

печь дляисследованияпроцесса сушки

воздушныйкомпрессор

нагреватель воздуха

осушительвоздуха

к источнику питания20 ~ 30 В

13

Результаты исследования кинетики сушки

древесины березы

Номер стадии j Концентрация влаги j-й стадии j

Энергия активации Еj

Джмоль

Частотный фактор Аj сmacrsup1

1 0307 (ω = f(w)) 51750 164108

2 0570 (ω = f(w)) 60800 280109

3 0096 (ω = f(w)) 88130 3701013

4 0027 (ω = f(w)) 93700 2001013

32 223029016209880)(1 E32 7441280559530970)(2 E

3607719669950)(3 E32 564602667519840)(4 E

Е1 Е2 Е3 Е4 ndash значения энергии активации для первой второй третьей и четвертой стадий соответственно

- относительная влажность воздуха

Таблица 2

14

Испарение свободной влаги в порах древесины

bull partQ ndash количество теплоты подведенное к объему древесины r ndash скрытая теплота парообразования

bull partТ ndash изменение температуры - плотность материала с ndash теплоемкость материала

- толщина слоя древесины

0

0

0

2

2

2

d

dd

dd

d

r

QV

12

T

VcQ

x

наспара

наспара

наспара

РР

РР

РР

(10)

15

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура поверхности образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

16

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура центра образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

17

Сравнение результатов расчета и эксперимента Масса образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

00145

0015

00155

0016

00165

0017

00175

τ[с]

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 12: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

12

Экспериментальная установка для исследования процессов испарения влаги при

сушке древесины

программируемыйблок управления

управляемыйисточникпитания

~ 220 В

~ 220 В

батареятермопар

осветитель

приемникотраженногосвета

металлическоезеркало

к приборам

записи ЭДС

образец дляопределениямассы

образецдля определениятемпературы

печь дляисследованияпроцесса сушки

воздушныйкомпрессор

нагреватель воздуха

осушительвоздуха

к источнику питания20 ~ 30 В

13

Результаты исследования кинетики сушки

древесины березы

Номер стадии j Концентрация влаги j-й стадии j

Энергия активации Еj

Джмоль

Частотный фактор Аj сmacrsup1

1 0307 (ω = f(w)) 51750 164108

2 0570 (ω = f(w)) 60800 280109

3 0096 (ω = f(w)) 88130 3701013

4 0027 (ω = f(w)) 93700 2001013

32 223029016209880)(1 E32 7441280559530970)(2 E

3607719669950)(3 E32 564602667519840)(4 E

Е1 Е2 Е3 Е4 ndash значения энергии активации для первой второй третьей и четвертой стадий соответственно

- относительная влажность воздуха

Таблица 2

14

Испарение свободной влаги в порах древесины

bull partQ ndash количество теплоты подведенное к объему древесины r ndash скрытая теплота парообразования

bull partТ ndash изменение температуры - плотность материала с ndash теплоемкость материала

- толщина слоя древесины

0

0

0

2

2

2

d

dd

dd

d

r

QV

12

T

VcQ

x

наспара

наспара

наспара

РР

РР

РР

(10)

15

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура поверхности образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

16

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура центра образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

17

Сравнение результатов расчета и эксперимента Масса образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

00145

0015

00155

0016

00165

0017

00175

τ[с]

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 13: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

13

Результаты исследования кинетики сушки

древесины березы

Номер стадии j Концентрация влаги j-й стадии j

Энергия активации Еj

Джмоль

Частотный фактор Аj сmacrsup1

1 0307 (ω = f(w)) 51750 164108

2 0570 (ω = f(w)) 60800 280109

3 0096 (ω = f(w)) 88130 3701013

4 0027 (ω = f(w)) 93700 2001013

32 223029016209880)(1 E32 7441280559530970)(2 E

3607719669950)(3 E32 564602667519840)(4 E

Е1 Е2 Е3 Е4 ndash значения энергии активации для первой второй третьей и четвертой стадий соответственно

- относительная влажность воздуха

Таблица 2

14

Испарение свободной влаги в порах древесины

bull partQ ndash количество теплоты подведенное к объему древесины r ndash скрытая теплота парообразования

bull partТ ndash изменение температуры - плотность материала с ndash теплоемкость материала

- толщина слоя древесины

0

0

0

2

2

2

d

dd

dd

d

r

QV

12

T

VcQ

x

наспара

наспара

наспара

РР

РР

РР

(10)

15

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура поверхности образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

16

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура центра образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

17

Сравнение результатов расчета и эксперимента Масса образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

00145

0015

00155

0016

00165

0017

00175

τ[с]

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 14: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

14

Испарение свободной влаги в порах древесины

bull partQ ndash количество теплоты подведенное к объему древесины r ndash скрытая теплота парообразования

bull partТ ndash изменение температуры - плотность материала с ndash теплоемкость материала

- толщина слоя древесины

0

0

0

2

2

2

d

dd

dd

d

r

QV

12

T

VcQ

x

наспара

наспара

наспара

РР

РР

РР

(10)

15

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура поверхности образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

16

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура центра образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

17

Сравнение результатов расчета и эксперимента Масса образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

00145

0015

00155

0016

00165

0017

00175

τ[с]

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 15: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

15

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура поверхности образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

16

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура центра образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

17

Сравнение результатов расчета и эксперимента Масса образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

00145

0015

00155

0016

00165

0017

00175

τ[с]

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 16: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

16

Сравнение результатов расчета и эксперимента Температура центра образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

300

320

340

360

380

400

420Т[K]

τ[с]

17

Сравнение результатов расчета и эксперимента Масса образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

00145

0015

00155

0016

00165

0017

00175

τ[с]

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 17: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

17

Сравнение результатов расчета и эксперимента Масса образца

_______ -эксперимент - - - - - - - - расчет

0 5000 1 104

15 104

2 104

00145

0015

00155

0016

00165

0017

00175

τ[с]

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 18: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

18

Определение теплофизических свойств термически модифицированной древесины

bull Плотность древесины рассчитывается из уравнения

bull теплоёмкость древесины

n

i

ii

oii d

TR

EAА

1 0

expexp

n

iiicс

1

1

(11)

(12)

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 19: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

19

Коэффициент теплопроводности

jf

BB

BBBB

j

jj

j

j

jj

1

121

1

1212

3cos50

AB

121arccos2

1

jr

A

500 1 jr150 1 jrпри при

12arccos2

1

1

jr

A

(13)

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 20: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

20

Коэффициент теплопроводности для анизотропной среды

bull где и - коэффициенты теплопроводности древесины bull вдоль направлений анизотропии

y

x

ξη

φ

cossin

sincos22

22

y

x

(14)

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 21: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

21

Уравнение Дарси

2111 ww

dx

dP

r

Pкw

0кк Мк 0

1

n

n

n

П

ПМ

(15)

Модифицированное уравнение Дарси

2

22

22

1 GGRT

PP

(16)

(17)

(18)

(19)

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 22: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

22

Установка для экспериментального исследования проницаемости древесины

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 23: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

23

Результаты экспериментального исследования проницаемости поперёк волокон в тангенциальном направлении

термомодифицированной древесины

порода

Температура отжига

[с]

Время воздейст-

вия [с]

Начальная масса

образца [кг]

Конечная масса

образца [кг]

Перепад давлений

[мПа]

Коэффициент

воздухопроницаемости

[с]

сосна

ndash ndash 597 10-3 597 10-3 0101 448 10-12

250 150 6670 10-3 6145 10-3 0101 443 10-12

ndash ndash 845 10-3 845 10-3 0101 189 10-12

250 200 83 10-3 7335 10-3 0101 214 10-12

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0101 349 10-11

300 750 7375 10-3 4845 10-3 0051 318 10-11

берёзаndash ndash 12580 10-3 12580 10-3 0101 116 10-11

270 300 12580 10-3 10055 10-3 0101 111 10-10

Таблица 3

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 24: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

24

График зависимости проницаемости древесинысосны от пористости

К[c]

П06 065 07 075 08 0850

1 1011

2 1011

3 1011

4 1011

5 1011

6 1011

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 25: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

25

График зависимости проницаемости древесиныберёзы от пористости

kf 320( ) 1227 109

05 055 06 065 07 075 08 0850

5 1010

1 109

15 109

2 109

П

К[c]

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 26: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

26

Графики изменения массы цилиндрического образца при нагреве в вакууме

_________ ndash расчёт- - - - - - - - ndash

эксперимент

М[мг]

τ [мин]5 10 15 20 25 30 35 40 45

500

550

600

650

700

750

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 27: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

27

График зависимости коэффициента теплопроводности термически модифицированной древесины сосны от

конечной температуры нагрева

0 50 100 150 200 250 300 350009

01

011

012

013

Т [С]

λ[ВтмmiddotК]

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 28: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

28

n

iiii frR

1

)()(

n

iiii fgG

1

)()(

n

iiii fbB

1

)()(

)( iifr )( iifb )( iifg

Зависимость характеристик цвета древесины от степени термической деструкции в общем виде

- функциональные зависимости R G B соответственно

- номер стадии термической деструкции

- число стадий термической деструкции

- степень разложения древесины ini

(20)

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 29: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

29

Функциональные зависимости характеристик цвета в системе RGB от степени деструкции

древесины

233

22232 )(145701484)(58838238574205)( R

233

22232 )(041701339)(40097811467111)( G

Где ω2 ω3 ndash степень завершения второй и третьей стадии термической деструкции сосны соответственно

233

22232 )(041807499)(24952161438)( B

(21)

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 30: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

30

Результаты проверочного эксперимента

Экспериментально полученный цвет

Расчетный цвет

R = 113

B = 44

G = 16

R = 109

B = 49

G = 25

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31
Page 31: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

31

Прогнозирование длительной прочности образцов из термически модифицированной древесины

bull Формула Журкова

bull Долговечность образцов при термической деструкции

bull Долговечность образцов из модифицированной древесины сосны

bull Где

n

nn

TR

U 00 exp

nn

nn fTR

Uf

TR

U

TR

U

0

01110

0000

0 expexpexp

)(35827240

exp26810911732800

exp29510 1 fTRTR

10

11 1

f

(22)

(23)

(24)

(25)

  • Slide 1
  • Slide 2
  • Slide 3
  • Slide 4
  • Slide 5
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • Slide 9
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Slide 12
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Slide 19
  • Slide 20
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Slide 29
  • Slide 30
  • Slide 31