29.8. Нагревание мерзлой древесины

Нагревание мерзлой древесины исследовалось многими авторами. Сложность задачи — в трудности раскрытия переменного во времени температурного поля в условиях фазового превращения влаги. Основная цель исследований — установление метода расчета и продолжительности процесса.

при низкой влажности древесины (менее 20%) в ней практически нет льда и никаких расчетов по ее оттаиванию проводить не следует;

2) при обычной влажности сырых пиломатериалов 60—80%, нагреваемых от средней температуры —20° до +75° С, расход тепла на плавление льда около 67 кДж (16 ккал) при полном расходе тепла 335 кДж (80ккал) на 1 кг влажной древесины, т. е. около 20% .от общей затраты тепла на ее нагревание;

3) при обычной влажности сырой древесины до 60—80% расход тепла на подогрев мерзлой древесины (например, по отрезку АВ) примерно соответствует расходу тепла на (подогрев древесины от 0° С до такой же, но положительной температуры (например, 40° С — отрезок РС).

В более точных расчетах можно учитывать, что при подогреве мерзлой древесины (без таяния льда) расходуется несколько меньше тепла, чем при нагревании ее без льда при той же ее плотности и на ту же разность температур. Поэтому изотермы в левой зоне диаграммы расположены теснее, чем в правой. Одна из причин этого в том, что теплоемкость льда в 2 раза меньше, чем воды.

Кривые температур по толщине мерзлой нагреваемой воздухом бесконечной .пластины изображены на рис. 57. В период оттаивания температурные линии 1, 2 приобретают излом. Нагрев (поверхностных слоев пластины можно рассматривать как процесс с внутренним отрицательным источником тепла. При этом в возрастающем по толщине оттаивающем слое (рис. 57, а, б) этот процесс близок к стационарному. Градиенты температур у поверхности пластины, передающей тепло внутрь, в начале нагревания и на протяжении всего процесса (кривые 1, 2, 3, 4 на рис. 57, в) будут близки к градиентам температур в нагреваемых пластинах без оттаивания льда (рис. 57, б). Аналогичными будут, следовательно, и плотности тепловых потоков (128).

Продолжительность нагревания мерзлой древесины перед искусственной сушкой определяют, как и продолжительность нагревания незамерзшей древесины (134) при той же теплоотдаче. Дополнительное время на подвод тепла для плавления льда можно принять на основании изложенного пропорциональным требуемому на это количеству тепла qп, исходя из теплового баланса процесса.

Расчетная продолжительность оттаивания и нагревания древесины с учетом диаграммы (см. рис. 56) определится графоаналитическим методом:

где q—полный расход тепла на оттаивание и нагревание древесины.

Например, в случае оттаивания и нагревания досок толщиной 60 мм, влажностью 60% от —40 до +60° С в условиях температуры среды 65° С величина Ө=(65-60)/(65+40)=0,048. При заданном значении Вi= 1 (см. рис. 55) Fо=4,2. Тогда продолжительность полного оттаивания и последующего нагревания досок

Продолжительность только нагревания этих досок при тех же начальных и граничных условиях (величины а здесь близки между собой в среднем за весь процесс):

т.е. τ=0,85τ1. Как видно, увеличение продолжительности процесса из-за плавления льда сравнительно небольшое.