Odvisnost masnega toka vode od pogojev konvekcijskega sušenja lesa

Slika 52 Odvisnost začetnega masnega toka vode (a) od hitrosti zraka (v) nad površino bukovih preizkušancev, debelin 6 mm, 12 mm, 18 mm in 24 mm .

Figure 52 Dependency of initial water mass flow (a) on drying air velocity (v) at conventional drying of beechwood, thickness of 6 mm, 12 mm, 18 mm and 24 mm.

4.1.5 Odvisnost masnega toka vode od pogojev konvekcijskega sušenja lesa

Analiza masnega toka vode pri konvekcijskem sušenju vseh debelin preizkušancev bukovine (d1, d2, d3, d4) s konstantnimi pogoji kaţe na podobnost odziva masnega toka vode s površine preizkušancev v okolico, glede na uporabljeno hitrost zraka (Preglednica 2, 3, 4 in 5). Pri tem ugotavljamo primerljive vrednosti začetnega masnega toka vode pri vseh proučevanih debelinah preizkušancev, kot tudi podoben učinek povečevanja hitrosti gibanja zraka na začetni masni tok. Splošno ima povečevanje hitrosti zraka največji vpliv na začetni masni tok vode pri nizkih hitrostih zraka (0,5 m/s do 2,5 m/s), pri višji hitrosti zraka pa se ta vpliv zmanjšuje (Slika 52). Podoben trend smo zasledili tudi pri proučevanju časovnih konstant preizkušancev vseh debelin (Slika 35, Slika 38, Slika 43, Slika 48).

Slika 51 Odvisnost vlaţnosti v prevoju modela masnega toka vode (uk) od hitrosti zraka (v) ob površini preizkušancev bukovine, debeline 24 mm (d4), z ţagano- (●) in s skobljano površino (○).

Figure 51 Dependency of moisture content at model inflection point (uk) on the air velocity (v) at

conventional drying of beechwood, thickness of 24 mm (d4), with sawn- (●) and planed surface (○).

Slika 54 Vpliv začetnega masnega toka vode (a) na vlaţnost lesa v prevoju modela (uk).

Figure 54 Dependency of the inflection point (uk) in the model of water mass flow on its initial value (a).

Slika 53 Odvisnost pojemanja masnega toka vode (k) od začetnega masnega toka (a).

Figure 53 Dependency of rate of decrease of water mass flow (k) on its initial value (a).

Pri proučevanju masnega toka vode smo pri vseh preizkušancih (d1, d2, d3 in d4), ne glede na lastnosti površine (Ţ, S), potrdili vpliv začetnega masnega toka (a) na hitrost njegovega pojemanja (k) s padanjem povprečne lesne vlaţnosti (u). Nekoliko višje vrednosti pojemka so bile sicer doseţene pri najtanjših preizkušancih (6 mm), manjše pa pri večjih debelinah preizkušancev. Navkljub prisotni variabilnosti se izkaţe, da obstaja negativna linearna korelacija med pojemkom masnega toka (k) in začetnim masnim tokom (a) (Slika 53, R² = 0,44). Podobno kot začetni masni tok učinkuje na vlaţnost prehoda v reţim padajoče sušilne hitrosti (uT), vpliva tudi na vlaţnost lesa v prevoju modela (uk), kjer imamo največjo spremembo masnega toka glede na padec povprečne lesne vlaţnosti (b). Izkaţe se, da je tudi vlaţnost lesa v prevoju (uk) pozitivno korelirana z velikostjo začetnega masnega toka (a) (Slika 54, R² = 0,57).

Dobljene zveze lahko uporabimo v osnovnem modelu odvisnosti masnega toka vode od povprečne lesne vlaţnosti preizkušancev (Enačba 44) za določitev koeficientov v modelu (a, k, uk): odvisnosti masnega toka od povprečne lesne vlaţnosti (u) ter od hitrosti zraka ob površini preizkušancev (v), ne glede na njihovo debelino:

32 integracijo sušilne hitrosti po vlaţnosti lesa od začetne (uz) do končne vlaţnosti lesa (uk) pa določimo teoretičen potek sušenja katerekoli debeline sortimentov bukovine, pri pogojih sušenja, kot so bili uporabljeni v eksperimentih.

Slika 55 prikazuje simulirano konvekcijsko sušenje preizkušancev iz bukovine, povprečne nominalne gostote (R_u = 540 kg/m³), z začetno vlaţnostjo 95%, pri variiranju debeline od 5 mm do 30 mm. Sušenje smo izvedli pri konstantnih sušilnih pogojih, s temperaturo 30 °C, pri relativni zračni vlaţnosti 85% ter pri hitrosti zraka 1,5 m/s. Doseţen masni tok vode je neodvisen od debeline preizkušancev (a = 103,7 g/m²h, k = 0,087, u_k = 46,7%). Vpliv debeline in posledično začetne mase pa privede do razlik v sušilni hitrosti, ki je pričakovano najmanjša pri največji debelini lesa (30 mm) ter s časom sušenja pada. Lesna vlaţnost, pri kateri preidemo v sušenje z značilno padajočo sušilno hitrostjo (uT) je pri vseh debelinah enaka in znaša 66,5%. Tudi povprečna vlaţnost lesa, t.j. vlaţnost v prevoju modela masnega toka (uk = 46,7%), pod katero se voda iz lesa v celoti izloča difuzijsko, ni odvisna od debeline preizkušancev. Najhitreje je ta vlaţnost lesa doseţena pri debelini lesa 5 mm (tuT = 16,3 h), pri debelini 30 mm pa je to stanje doseţeno po 97,9 urah sušenja.

Slika 55 Simulacija masnega toka vode (levo) in konvekcijskega sušenja bukovine različnih debelin (desno) pri konstantnih sušilnih pogojih (T = 30 °C, θ = 85%, v = 1,5 m/s).

Figure 55 Water mass flow simulation (left) and predicted drying curves of beechwood (right) of various thicknesses (T = 30 °C, RH = 85%, v = 1.5 m/s).

Z variiranjem hitrosti gibanja zraka (v), kot so pokazali eksperimenti stacionarnega konvekcijskega sušenja bukovine različnih debelin (6 mm do 24 mm), vplivamo tudi na masni tok vode. Pri simuliranju sušenja bukovine, debeline 16 mm (Ru = 540 kg/m³, uz = 95%), s konstantnimi sušilnimi pogoji (T = 30 °C, θ = 85%) ugotavljamo ob variiranju hitrosti zraka pozitiven vpliv le te na začetno sušilno hitrost (Preglednica 6, Slika 56). Pri povečevanju začetne sušilne hitrosti preidemo v procesu sušenja v fazo značilno padajoče sušilne hitrosti pri višji povprečni vlaţnosti lesa (uT), enako velja tudi za prehod v zgolj difuzijski način sušenja (uk). Zgolj difuzijski izločanje vode iz lesa se pri hitrosti zraka 7,5 m/s dogodi ţe pri 52,5% povprečni vlaţnosti lesa, po 31,3 urah sušenja. Pri najniţji uporabljeni hitrosti zraka (v = 0,5 m/s) je moţna kombinacija kapilarnega in difuzijskega toka vode iz lesa v daljšem časovnem intervalu (tuk = 74,2 h), do niţje povprečne vlaţnosti lesa (uk = 44,1%).

Preglednica 6 Izračunane vrednosti koeficientov v modelu masnega toka vode (Enačba 44, Enačba 48) pri različnih hitrostih gibanja zraka nad površino lesa (v) za simulacijo konvekcijskega sušenja bukovine, debeline 16 mm, pri konstantnih sušilnih pogojih (T = 30 °C, θ = 85%).

Table 6 Calculated coefficients in the model of water mass flow (Equation 44, Equation 48) at various drying air velocities (v) for simulation of conventional drying of beechwood, thickness of 16 mm.

v [m s^-1] 0,5 1 1,5 2,5 5 7,5

a [g m^-2 h^-1] 75,7 92,3 103,7 120,0 146,4 164,4

uk [%] 44,1 45,7 46,7 48,3 50,8 52,5

k [1/% ] 0,095 0,090 0,087 0,082 0,075 0,069 b [g m^-2 h^-1 %^-1] 2,6 3,1 3,3 3,6 4,0 4,2

uT [%] 62,2 64,7 66,5 69,2 73,9 77,3

Slika 56 Simulacija masnega toka vode (levo) in konvekcijskega sušenja bukovine, debeline 16 mm (desno), pri variiranju hitrosti gibanja zraka (T = 30 °C, φ = 85%, v = 0,5 do 7,5 m/s).

Figure 56 Water mass flow simulation (left) and predicted drying curves of beechwood, thickness of 16 mm (right), at various air velocities (T = 30 °C, RH = 85%, v = 0.5 to 7.5 m/s).

Slika 57 Površina sveţih bukovih preizkušancev po tračnem razţagovanju (levo) in debelinskem skobljanju (desno) (R-L ravnina, merilo = 100 μm).

Figure 57 Surface characteristics of beechwood specimens in green state after sawing (left) or planing (right) mechanical treatment (R-L plane, dash = 100 μm).

4.1.6 Lastnosti površine in pod-površinskega sloja preizkušancev za sušenje lesa