10879

ги Uф.б, кг/кг, при температуре 20 °С [10]. На рис. 6.2 а) даны обобщенные зави-

симости потенциала влажности от влагосодержания фильтровальной бумаги системы «влажный материал ‒ воздух». На рис. 6.2 б) приведены более точные зависимости в диапазоне наиболее часто встречающейся температуры от ‒10 °С

до 50 °С.

Рис. 6.2. Шкала потенциала влажности: а) обобщенная; б) в диапазоне температуры от ‒10 °С до 20 °С

Интенсивность влагопереноса с поверхности влажного материала пропор-

где θпов — потенциал влажности на поверхности материала, °В; θв — потенциал влажности окружающего воздуха, °В; αθ — коэффициент влагоотдачи, кг/(м2·ч·°В).

Для расчета значений потенциала влажности наружного воздуха в раз-

Используя известные соотношения параметров влажного воздуха и шкалу потенциала влажности, построена зависимость [31] между потенциалом влаж-

ности и упругостью водяного пара в воздухе при различной температуре и нанесены линии постоянного потенциала влажности на i–d-диаграмму влажно-

го воздуха (рис. 6.3).

180

Линии постоянного потенциала влажности θ = const на i–d–θ-диаграмме представляет собой группу параллельных кривых. При относительной влажно-

сти воздуха φв < 80 % линии потенциала влажности являются прямыми во всем диапазоне температуры и параллельны линиям постоянного влагосодержания dв = const. В области высоких значений относительной влажности воздуха (φв >

80 %) линии постоянного потенциала θ = const имеют значительные отклонения в сторону уменьшения значения влагосодержания dв влажного воздуха.

Использование i–d– -диаграммы для инженерного расчета процесса суш-

ки позволяет графически определять значения потенциала влажности воздуха в слое биологически активного растительного сырья, направление потока пере-

носа влаги в системе «сохнущая трава—влажный воздух» при нестационарных внешних воздействиях. Становится возможным применять зависимость (6.10) в

практической деятельности для определения величины интенсивности влаго-

обмена. Для расчета интенсивности и определения направления влагопереноса между поверхностью сохнущей травы и продуваемым воздухом с использова-

нием i–d–θ-диаграммы влажного воздуха необходимо иметь изотермы сорбции-

десорбции травы в координатах wтр—θ, по аналогии с такими же изотермами,

построенными в координатах wтр—φв (рис. 1.8).

Такие изотермы в координатах (wтр—θ) получены авторами в процессе натурных исследований для злаковых и бобовых трав и приведены на рис. 6.4 и 6.5. Заштрихованная часть на каждом графике показывает значения кондици-

онной влажности хранящегося злакового или бобового сена wк.

6.3. Обеспеченность параметров наружного климата

Качество заготавливаемого сена напрямую зависит от параметров су-

шильного агента. Из всех существующих способов сушки растительного сырья наиболее эффективным считается искусственная сушка методом активного вентилирования. Наименьшая энергоемкость системы достигается при продув-

ке непосредственно наружным воздухом. Однако применение наружного воз-

духа в качестве агента сушки ограничивается климатическими условиями, не-

смотря на то, что в период заготовки кормов (июнь-август) наблюдаются мак-

симальные значения температуры tн и минимальные значения относительной влажности н атмосферного воздуха.

В качестве показателя оценки возможностей использования естественной теплоты атмосферного воздуха принят коэффициент обеспеченности парамет-

ров наружного климата для сушки Коб. Величина коэффициента Коб показывает долю общего числа случаев, не допускающих отклонения от расчетных условий:

где Коб(tн) — обеспеченность появления заданной температуры воздуха;

183

Коб( н / tн) — условная обеспеченность появления относительной влажности н

при заданной температуре tн.

При обработке климатических данных расчетное изменение температуры наружного воздуха должно соответствовать заданному коэффициенту обеспе-

ченности Коб(tн) = Коб(tн, н), а расчетное значение относительной влажности воздуха принимается, исходя из наиболее невыгодного сочетания параметров

(наибольшие значения н при различных tн), т. е. сочетания, отвечающего усло-

вию Коб( н / tн) = 1,0.

Для получения качественного сена при сушке неподогретым атмосфер-

ным воздухом минимальные значения температуры наружного воздуха должны быть не ниже 16,5…17,0 °С, а относительной влажности — не более 75 %. Про-

ведена оценка обеспеченности параметров наружного климата для сушки рас-

тительного сырья в условиях Нижегородской и Самарской областей. Значения

Коб в период заготовки грубых кормов определялись по результатам статисти-

ческой обработки метеорологических данных за последние 10 лет. Величины

Коб рассчитывались по среднемесячным значениям относительной влажности и температуры за три летних месяца путем построения статистического ряда.

Среднемесячная температура воздуха в летние месяцы выше 20 °С наблюдалась в 43 % случаев, н < 70 % регистрировалась в 83 % случаев. Параметры атмо-

сферного воздуха в обозначенный период при Коб = 0,85 составляют tн > 18 °С и

н < 70 %.

Аналогичный расчет по среднесуточным значениям рассматриваемых яв-

лений показал: обеспеченность минимальных допустимых значений парамет-

ров воздуха составляет 0,93 для температуры и 0,98 для относительной влажно-

сти; среднемесячные значения температуры tн и относительной влажности н

наружного воздуха составляют при коэффициенте обеспеченности Коб = 0,9, со-

ответственно, 20 °С и 50 %.

Однако такой расчет является приближенным и может быть применен только для предварительного выявления климатических условий для искус-

184

ственной сушки травы. Для более точного рассмотрения вопроса необходимо определять значение коэффициента обеспеченности Коб по среднемесячному ходу температуры. Такой подход дает не только наглядное представление о ди-

намике температуры наружного воздуха в течение лета, но и позволяет оценить возможность процессов сушки за любой временной промежуток (от 1 сут до 3

мес). Учитывая тот факт, что вентилирование растительного сырья осуществ-

ляют в течение 8…10 ч/сут, часто возникает необходимость расчета коэффици-

ента обеспеченности Коб для определенного периода суток. Поэтому особое значение при оценке возможности сушки травы атмосферным воздухом имеет суточное изменение температуры наружного воздуха и амплитуда ее среднесу-

точного колебания. Наиболее благоприятные условия для сушки растительного сырья неподогретым воздухом складываются в течение дня в интервале с 10 до

20 часов, что позволяет сделать вывод о возможности использования атмо-

сферного воздуха в качестве сушильного агента без предварительной его обра-

ботки с минимальным коэффициентом обеспеченности Коб = 0,9 не менее 10

ч/сут. Учитывая высокую интенсивность солнечного излучения в летние меся-

цы, можно говорить о целесообразности использования гелиоустановок для до-

полнительного подогрева продуваемого через слой сохнущей травы воздуха на

5…10 °С с целью экономии энергоресурсов и одновременной интенсификации процессов сушки. Коэффициент обеспеченности минимально допустимых па-

раметров воздуха в этом случае составит Коб = 0,99 на весь период послеубо-

рочной обработки растительной продукции.

6.4. Расчет интенсивности сушки травы на основе градиента

потенциала влажности

Использование изотерм десорбции травы для контроля сушки предпола-

гает одновременную фиксацию двух независимых параметров процесса: темпе-

ратуры tв и относительной влажности φв воздуха в слое. Нахождение темпера-

туры воздуха не представляет технических трудностей. В то же время опреде-

185

ление в массе травы величины относительной влажности воздуха традицион-

ным способом по температурам сухого и мокрого термометров практически не-

выполнимо. Непреодолимые сложности возникают из-за фиксации температу-

ры воздуха в слое, когда температура воздуха практически равна температуре мокрого термометра (tв → tм.т), а величина относительной влажности φв →100 %.

Авторами предложен, обоснован и проверен в практических условиях способ контроля влажности в слое сохнущей травы по обобщающему термоди-

намическому показателю — потенциалу влажности воздуха θ, °В. Текущая влажность травы определялась по кривым десорбции в координатах wтр—θ,

изображенных на рисунках 6.4 и 6.5. Характерные результаты контрольных за-

меров значений влажности люцерны в процессе сушки и хранения приведены на рис. 6.6.

Рис. 6.6. Область экспериментальных значений потенциала влажности воздуха в скирде люцерны: 1 — 06.07; 2 — 07.07; 3 — 09.07; 4 — 12.07; 5 — 17.07; 6 — 20.11 при tн = –3 С

Применение потенциала влажности воздуха в качестве критерия контроля для процесса сушки травы упрощает проведение и увеличивает точность заме-

ров влажности травы из-за возможности точной фиксации двух легко замеряе-

мых физических величин — массы влаги и температуры воздуха. Этот метод контроля влажности травы рекомендован для широкого применения в практике заготовки грубых кормов.

Достижение сеном кондиционной влажности wк = 17…19 % однозначно фиксируется величиной потенциала влажности θтр, В, воздуха, выходящего из

186

слоя (рис. 6.4 и 6.5). Значения θтр, характеризующие окончание процесса сушки,

приведены в табл. 6.1.

Согласно теплофизической модели процесса сушки травы в основном слое

φв = const, wтр > wг, φпов = 100 %. Разность потенциала влажности между поверх-

ностью травы и воздухом θтр, °В, равна [4]:

θтр = 0,204(100 – φр). (6.15)

На основании зависимости (1.25) тепловлажностного отношения для диа-

пазона температуры воздуха tв = 15…35 °С общее количество испаряющейся из травы влаги Wтр, кг/ч, с учетом (1.18) составляет:

относительной влажности воздуха в слое травы р = 98 % и массовой плотности травы тр = 110 кг/м3 сведены в табл. 6.2.

187

Таблица 6.2 Коэффициенты влагоотдачи при различной температуре воздуха

Объемный коэффициент влагоотдачи α = 0,11α . Графическая зависимость

θ

α = f(t) показана на рис. 6.7. Приведенные значения коэффициента α усредне-

ны по периоду сушки и ботаническим сортам травы.

Рис. 6.7. Зависимость коэффициента влагоотдачи αθ в слое сохнущей травы от температуры воздуха

Для аналитического определения величины коэффициента влагоотдачи α ,

г/(т·ч·°В), с достаточной для инженерных расчетов степенью точности получе-

ны следующие усредненные по периодам сушки и ботаническим сортам выра-

жения:

Слой активно сохнущей травы (корректирующий). В этом слое разность

потенциалов влажности поверхности сохнущей травы с температурой τтр и вен-

тиляционного воздуха равна [4]:

Количество испаряющейся влаги за счет биологических тепловыделений скошенной травы (рис. 6.8) показывает, что при начальной влажности в пределах 25 % wтр 45 % (wср = 35 %) около 25 % воды в процессе сушки испаряется за счет теплоты дыхания. Влагопоглощающая способность воздуха с учетом

Рис. 6.8. Зависимость количества испаряющейся влаги за счет биологических тепловыделений от влажности травы wтр

На рис. 6.9 приведен результат расчета по (6.21) значения разности по-

тенциала влажности θтр между поверхностью сохнущей травы и воздухом в сверхгигроскопической области сушки (wтр > wг) в диапазоне наиболее часто встречаемых изменений параметров наружного воздуха tн = 35 °С, φн = 50…95 %

и температуры травы tк.о = 15…30 °С при tн = 20 °С.

Рис. 6.9. Зависимость разности потенциала влажности тр = f(tн, tк.о, н) от температуры травы tк при wтр > wг (сверхгигроскопическая область)

для температуры наружного воздуха tн = 20 °С

189