Влаго и теплообмен между поверхностью материала и окружающей средой.

.При соприкосновении влажного материала с нагретым воздухом жидкость на поверхности испаряется и путем диффузии покидает поверхность материала, переходя в окружающую среду. Испарение влаги с поверхности материала создает перепад влагосодержания между последующими слоями и поверхностным слоем, что вызывает обусловленное диффузией пере­мещение влаги из нижележащих слоев к поверхностным. Наличие температурного градиента внутри материала осложняет механизм переноса влаги. Под влиянием перепада температуры (температура поверхности материала больше температуры центральных слоев) влага стремится переместиться внутрь тела (под влиянием термо­диффузии влага перемещается по направлению потока тепла).

В капиллярнопористых телах, когда ис­парение происходит внутри тела, диффузионному потоку способ­ствует диффузия скольжения, при которой перенос влаги происхо­дит против потока тепла.

в процессе сушки мы имеем непрерывный подвод влаги из внутренних слоев к поверхностным слоям материала, вследствие чего уменьшается влажность не только на поверхности, но и в глубине материала. Скорость перемещения влаги внутри материала зависит от формы связи ее с материалом, поэтому процесс сушки является физико-химическим.

Общий поток влаги внутри материала равен

, (3.2.1)

где — коэффициент диффузии влаги; - коэффициент термодифузии; — плотность сухого скелета тела.

Последний член ( ),ха­рактеризующий молярный перенос влаги под влиянием градиента давления, при сушке нагретым воздухом при t_c < 100°С обычно отсутствует (р = const).

Если диффузия скольжения является решающим фактором в тер­модиффузионном переносе влаги, то коэффициент термодиффузии будет отрицательным.

наличие диффузии скольжения в ма­крокапиллярах тела вызывает циркуляцию парообразной влаги в замкнутых порах, что приводит к перераспределению влаги, в ре­зультате чего влага частично перемещается от поверхностных слоев внутрь тела. Скорость диффузии пара с поверхности материала в окружающую среду определяется разностью химических потен­циалов влажного воздуха у поверхности материала и в окру­жающей среде . Поэтому на границе поверхности материала с окружающей средой имеет место уравнение баланса массы влаги

= = , (3.2.2)

где — коэффициент влагообмена, отнесенный к разнице хими­ческих потенциалов; — интенсивность испарения. Индекс «п» обозначает поверхность материала, а «с» — окружающую среду.

При изотермических условиях, а также при малых перепадах температуры в пограничном слое влажного воздуха разность хими­ческих потенциалов ( )можно заменить разностью парциаль­ных давлений пара ( ), т. е.

= ( ), (3.2.3)

где — коэффициент влагообмена, отнесенный к разности пар­циальных давлений.

Формула (3.2.3) формулы Дальтона. она является приближенной, так как парциаль­ное давление пара не является потенциалом переноса парообразной влаги. Для нестационарных процессов влагопереноса формула Даль­тона непригодна, так как коэффициент влагообмена будет функцией времени. Формула Дальтона, как и аналогичная формула для конвективного обмена массой или теплом, получается из закона диффузии, когда градиент потенциала переноса вблизи поверхности тела является величиной постоянной. В этом случае коэффициент влагообмена равен отношению коэффициента диффузии пара к условной толщине пограничного слоя ( = / ). Вели­чина является не только функцией скорости движения воздуха, но и зависит от времени при углублении зоны испарения. Таким образом, формула Дальтона не применима к расчету интенсивности сушки в периоде падающей скорости.

Рис. 3.6. Изменение коэффициента влагообмена b от влагосодержания в процессе сушки древесины (естественная конвенция) при различных температурах воздуха: а – 1 - 60°С, 2 - 80°С, 3 - 100°С; б – I - 20°С, II - 40°С

С целью упрощения решения задач на нахождение поля влагосодержания была предложена следующая формула для влагообмена между поверхностью тела и окружающей средой в периоде падающей скорости

= , (3.2.4)

где b — коэффициент влагообмена, отнесенный к разнице влагосодержаний, м/сек; — равновесное влагосодержание. Формула (3.2.4), конечно, не применима к периоду постоянной скорости сушки, так как для = const коэффициент b будет непрерывно увеличиваться с уменьшением влагосодержания W (W = U), по­тому что влагосодержание на поверхности тела уменьшается в процессе сушки.

коэффициент влагообмена b изменяется от влагосодержания и в периоде падающей скорости