Реалізація математичної моделі розподілу полів вологості в процесі кондиціювання термічно модифікованої деревини ясена
Анотація
Математичне моделювання полів вологості термічно модифікованої деревини під час її кондиціювання є актуальним завданням, вирішення якого має велике значення для забезпечення якісних характеристик готових виробів. Наведено результати експериментальних досліджень розподілу вологості за товщиною термічно модифікованої деревини ясена після завершення процесу кондиціювання (зволоження) протягом шести, дванадцяти та вісімнадцяти годин. Встановлено, що для практичної реалізації розробленої авторами математичної моделі розподілу полів вологості в процесі кондиціювання термічно модифікованої деревини ясена необхідно ввести певні зміни і уточнення для деяких параметрів математичної моделі. Введено заміну критерію Фур'є на інший, який дасть змогу фізично наблизити показники моделі до емпірично отриманих даних, та введено два параметри для компенсації особливостей зволоження та рівноважної вологості деревини. Запропоновано визначати коефіцієнт вологопровідності (потенціалопровідності) графоаналітичним способом за результатами експериментальних досліджень зміни вологості термічно модифікованої деревини ясена за товщиною в процесі кондиціювання. Зазначено, що параметри: вологопровідності, відносної вологості, температури, часу, показника компенсації різниці властивостей між процесом сушіння та зволоження, а також показника різниці рівноважної вологості між звичайною деревиною і термічно модифікованою є зафіксовані протягом усього експерименту. У процесі ітерації моделі отримано чотирьохточкові дані, на підставі яких побудовано квадратичні криві із нульовим середньоквадратичним відхиленням. Результати продемонстровано графічно. Проведено порівняння отриманих даних із емпіричним експериментом. Встановлено, що параметри гарантують визначення значень полів вологості з похибкою ±0,6 %, що є досить хорошим показником для практичного використання впродовж шести та дванадцяти годин експерименту. Однак, середньоквадратичне відхилення впродовж вісімнадцяти годин показує, що максимальне відхилення можливе в межах ±1,6 % під час використання моделі. Це пояснюється зафіксованими параметрами моделі, які не дають змоги повною мірою оцінити процеси у камері для кондиціювання. Встановлено, що отриману математичну модель можна практично використати для визначення тривалості процесу кондиціювання з метою досягнення необхідної кінцевої вологості термічно модифікованої деревини для різних умов експлуатації. Математичну модель розподілу полів вологості в процесі кондиціювання термічно модифікованої деревини ясена можна використати для інших порід деревини після визначення коефіцієнта потенціалопровідності за результатами експериментальних досліджень для конкретної породи деревини.
Завантаження
Посилання
Andrashek, J. V., & Petrosyuk, O. M. (2024). Modeling of moisture distribution in the process of conditioning of thermally modified ash wood. Scientific Bulletin of UNFU, 34(1), 91–96. https://doi.org/10.36930/40340113
Andrashek, J. V., Maksymiv, V. M., & Petrosuik, O. M. (2019). Experimental studies of final moisture content of thermally modified ash wood. Scientific Bulletin of UNFU, 29(2), 120–123. https://doi.org/10.15421/40290224
Arnold, M. (2010). Effect of moisture on the bending properties of thermally modified beech and spruce. Journal of Materials Science, 45, 669–680. https://doi.org/10.1007/s10853-009-3984-8
Biley, P. V., (2005). Theoretical foundations of heat treatment and drying of wood. Kolomyia: Vik, 360 p.
Biziks, V., Andersons, B., Sansonetti, E., Andersone, I., Militz, H., & Grinins, J. (2015). One-stage thermo-hydro treatment (THT) of hardwoods: an analysis of form stability after five soaking-drying cycles. Holzforschung, 69, 563–571. https://doi.org/10.1515/hf-2014-0083
Borrega, M., & Karenlampi, P. (2010). Hygroscopicity of heattreated Norway spruce (Picea abies) wood. European Journal of Wood and Wood Products 68, 233–235. https://doi.org/10.1007/s00107-009-0371-8
Chenyang, Cai, & Fanding, Zhou. (2022). Sorption Characteristic of Thermally Modified Wood at Varying Relative Humidity. Forests, 13(10). https://doi.org/10.3390/f13101687
Endo, K., Obataya, E., Zeniya, N., et al. (2016). Effects of heating humidity on the physical properties of hydrothermally treated spruce wood. Wood Sci Technol, 50, 1161–1179. https://doi.org/10.1007/s00226-016-0822-4
Humar, M., Lesar, B., & Kržišnik, D. (2020). Moisture Performance of Façade Elements Made of Thermally Modified Norway Spruce Wood. Forests, 11(3). https://doi.org/10.3390/f11030348
Majka, J., Rogoziński, T., & Olek, W. (2022). Sorption and diffusion properties of untreated and thermally modified beech wood dust. Wood Science and Technology, 56, 7–23. https://doi.org/10.1007/s00226-021-01346-x
Molugaram, K., & Shanker, G. (2017). RaoStatistical techniques for transportation engineering. Butterworth-Heinemann. URL: https://ndl.ethernet.edu.et/
Obataya, E., & Higashihara, T. (2017). Reversible and irreversible dimensional changes of heat-treated wood during alternate wetting and drying. Wood Sci Technol, 51, 739–749. https://doi.org/10.1007/s00226-017-0918-5
Olek, W., Rémond, R., Weres, J., & Perré, P. (2016). Non-Fickian moisture diffusion in thermally modified beech wood analyzed by the inverse method. International Journal of Thermal Sciences, 109, 291–298. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2016.06.023
Ozarkiv, I. M., Petryshak, I. V., & Sokolovskyy, I. A. (2018). Influence of wood drying modes on moisture conductivity potential. Scientific Bulletin of UNFU, 27(10), 89–91. https://doi.org/10.15421/40271016
Rautkari, L., & Hill, C.A.S. (2014). Effect of initial moisture content on the anti-swelling efficiency of thermally modified Scots pine sapwood treated in a high-pressure reactor under saturated steam. Holzforschung, 68(3), 323–326. https://doi.org/10.1515/hf-2013-0078
ThermoWood handbook. (2022). International Thermowood Association, Snellmaninkatu, Helsinki, Finland, 56. URL: https://www.thermowood.fi/
Thybring, E. E., Piqueras, S., Tarmian, A., & Burgert, I. (2020). Water accessibility to hydroxyls confined in solid wood cell walls. Cellulose, 27, 5617–5627. https://doi.org/10.1007/s10570-020-03182-x
Tjeerdsma, B. F., Boonstra, M., Pizzi, A., et al. (1998). Characterisation of thermally modified wood: molecular reasons for wood performance improvement. Holz als Roh-und Werkstoff, 56, 149–153. https://doi.org/10.1007/s001070050287
Welzbacher, C., Brischke, C., & Rapp, A. (2007). Influence of treatment temperature and duration on selected biological, mechanical, physical and optical properties of thermally modified timber. Wood Material Science & Engineering, 2, 66–76. https://doi.org/10.1080/17480270701770606
Wentzel, M., Altgen, M., & Militz, H. (2018). Analyzing reversible changes in hygroscopicity of thermally modified eucalypt wood from open and closed reactor systems. Wood Science and Technology, 52, 889–907. https://doi.org/10.1007/s00226-018-1012-3
Zhao, J., & Cai, Y. (2017). A comprehensive mathematical model of heat and moisture transfer for wood convective drying. Holzforschung, 71(5), 425–435. https://doi.org/10.1515/hf-2016-0148
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
