Математична модель тепломасообмінних і деформаційних процесів під час пресування деревностружкових плит

Abstract

Дисертація присвячена розв’язанню наукової задачі побудови математичної моделі тепломасоперенесення та реологічної поведінки деревностружкової плити під час пресування. На основі базових рівнянь термодинаміки синтезовано математичну модель тепломасоперенесення, яка на відміну від інших враховує анізотропію теплофізичних властивостей матеріалу, кінетику тверднення клею та особливості теплообміну на зовнішніх поверхнях плити. Встановлено закономірності впливу тепломасоперенесення на реологічну поведінку плити і на їх основі виведено залежність, що пов’язує деформацію деревностружкової плити зі зміною її температури та вологості. Для моделювання напружень вперше використано реологічні характеристики деревностружкової плити як функції основних теплофізичних величин. Розроблено алгоритм оптимізації технологічних режимів пресування, який визначає функцію регулювання тиску преса у циклі пресування, що забезпечує зменшення тиску парогазової суміші в плиті і зниження ризику руйнування деревностружкових плит під час розкриття плит преса. Диссертация посвящена построению математической модели тепломасообмена и реологического поведения древесностружечной плиты во время прессования. На основании базовых уравнений термодинамики синтезировано математическую модель тепломассопереноса во время прессования древесностружечной плиты, которая в отличие от других учитывает анизотропию теплофизических свойств композита, кинетику отверждения клея. Все параметры математической модели являются функциями основных теплофизических величин. Заданы начальные и граничные условия, которые учитывают особенности теплообмена внешних поверхностей плиты. Автором выведена зависимость для определения деформации древесно - стружечной плиты с учетом, что данный композит является материалом со стохастически расположенными неоднородностями, поэтому деформация материала рассматривается как случайная величина, значение которой в каждой точке зависит от ее размещения. Для определения напряжения в древесностружечной плите выведена зависимость, в которой реологические характеристики материала зависят от температуры и влажности композита. Для численной реализации математической модели тепломасопереноса применен разностный метод (его неявная схема), а также разработан пакет прикладных программ. На основании полученных численных результатов установлены закономерности влияния технологических параметров и режимов прессования на тепломассоперенос, а также деформацию и напряжение древесностружечной плиты во время прессования. Для подтверждения адекватности модели экспериментально определено временное изменение температуры древесностружечной плиты во время прессования. На основании сравнения результатов эксперимента и расчетных данных, используя известные из научной литературы данные, сделано вывод, что представленная в диссертации модель с удовлетворительной точностью (со сходимостью 16,8%), отображает исследуемые процессы. Базируясь на установленных закономерностях и расчетных данных, разработан алгоритм оптимизации режимов прессования, применение которого для изготовления древесностружечных плит уменьшит риск разрушения плиты за счет снижения давления парогазовой смеси в средине цикла прессования. The thesis is devoted to solving of scientific problem on mathematical model construction of heat-mass-transfer and rheological behaviour of particleboard under pressing. Based on fundamental equations of thermodynamics, the mathematical model has been synthesized, which takes into account of anisotropy of thermalphysic properties of material, kinetics of glue hardening and specificity of heat exchange on external surfaces of board. The regularities of heat-mass-transfer influence on rheological behaviour of particleboard were determined. On this base, the relation between particleboard deformation and changing of its temperature and humidity was derived. For the first time, the rheological characteristics of particleboard as function of basic thermalphysic parameters were used for modelling of stresses. The algorithm of optimization of technological regimes of pressing was developed. It defines the function of pressure regulation in pressing cycle that provides the decreasing of gas-vapor mixture pressure and decreasing of fracture risk of particleboard under opening of press plates.