Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Удельная теплоемкость сухих дров: Узнаем чем равна удельная теплота сгорания дров?

0C \)



Содержание

Контрольная работа по физике на тему «Количество теплоты» (8 класс)

Расчет количества теплоты (нагревание, охлаждение, сгорание топлива)

Вариант-1

1.     Латунную болванку массой 3 кг нагрели от 150С до 7500С. Какое количество теплоты затратили? Удельная теплоемкость латуни 380 Дж/(кг0С).

2.     Нагретый камень массой 5 кг, охлаждаясь в воде на 100С, передает ей 21 кДж энергии. Определите удельную теплоемкость камня.

3.     Насколько уменьшится внутренняя энергия латунной детали массой 100 кг, если она охладится на 200С? Удельная теплоемкость латуни 380 Дж/ (кг0С).

4.     Какое количество теплоты выделяется при полном сгорания 200 кг каменного угля, если удельная теплота сгорания этого топлива 30 МДж/ кг?

5.     Какое количество теплоты выделяется при полном сгорании 5 л бензина, удельная теплота сгорания бензина 46 МДж/ кг.

Плотность бензина 900 кг/м3 .

6.     При полном сгорании 15 кг антрацита выделилось 435 МДж энергии. Определите удельную теплоту сгорания антрацита.

 

Вариант-2

 

1.     Какое количество теплоты потребуется для нагревания 10 кг воды от 200С до кипения? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг0С).

2.     Какую массу воды можно нагревать от 200С до кипения, передав жидкости 672кДж теплоты? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/ (кг 0С).

3.     Какое количество теплоты отдает кирпичная печь массой 0,3 т, остывая от 700С до 200С ? Удельная теплоемкость кирпича 880 Дж/ (кг 0С).

4.     Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 400 г спирта, если удельная теплота сгорания этого топлива 27 МДж/кг?

5.     Сколько теплоты выделится при полном сгорании сухих березовых дров объемом 5 м

3? Плотность березовых дров 700 кг/ м3 , удельная теплота сгорания дров 13 МДж/кг.

6.     Сколько надо сжечь каменного угля, чтобы выделилось 150 МДж энергии? Удельная теплота сгорания каменного угля 30 МДж/кг.

 

 

 

 

 

Вариант 3

1.  Железный утюг массой 5 кг нагрели от 20 до 300° С. Какое количество теплоты необходимо для его нагревания? (Удельная теплоёмкость железа равна 460 Дж/кг * ° С).

2. В бидон вместимостью 0,2 м ³ налит керосин. Какое количество теплоты выделится при его полном сгорании? (Плотность керосина 800 кг/м³, удельная теплота сгорания керосина 4,6*10 ⁷ Дж/кг).

3. Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания 10 кг воды на           50 °С.

 

7.   Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания алюминиевой ложки массой 50 г от 20 до 80 °С.

 

Вариант 4

1. Удельная теплота сгорания дров 1,0*10⁷ Дж/кг. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании дров массой 50 кг?

2.  Длина прямоугольного бассейна 100 м, ширина — 40 м и глубина -2 м. вода в бассейне нагрелась от 13 до 25 ° С. Какое количество теплоты получила вода? (Плотность воды 1000 кг/м³, её удельная теплоёмкость 4200 Дж/кг*° С).

3.  Деталь при опиливании напильником нагрелась. После обработки она остыла. Какой из способов изменения внутренней энергии имел место в первом и во втором случае?

4. Какое количество теплоты выделилось при охлаждении масла, объем которой 20 л, если температура изменилась от 60 до 20 °С?

5. Какое количество теплоты потребуется, чтобы в алюминиевом котелке массой 200 г нагреть 2 л воды от 20 °С до кипения?

6.  Вычислите, сколько энергии выделится при полном сгорании  керосина массой 200 г.

 

Вариант 5

1. Чугунная болванка массой 32 кг остывает от 1115 до 15 ° С. Какое количество энергии при этом выделяется? (Удельная теплоёмкость чугуна 540 Дж/кг ° С).

2.  Объём каменного угля 0,12 м³. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании угля? (Удельная теплота сгорания каменного угля 3*10 ⁷ Дж/кг, а его плотность 1350 кг/м³).

3.  В одном стакане находится холодная вода массой 200 г, в другом горячая той же массы. В каком из стаканов вода имеет большую внутреннюю энергию? Обоснуйте ответ, используя знания о молекулярном строении вещества.

 

 

Вариант 6

1.  При сжигании каменного угля выделилось 2,1 *10 ⁸ Дж энергии. Определите массу сгоревшего угля. (Удельная теплота сгорания каменного угля 3*10 ⁷ Дж/кг).

2.  Температура свинцовой пластинки размером 10*5*2 см уменьшается на 300 ° С. Какое количество энергии при этом передаёт пластинка окружающим телам? (Удельная теплоёмкость свинца 140 Дж/кг °С, а его плотность 11300 кг/м³).

3.  Тела из меди и железа равной массы получили одинаковое количество теплоты. Какое из них нагреется до более высокой температуры? Почему? (Удельная теплоёмкость меди 380 Дж/кг °С, железа 460 Дж/кг °С).

 

 

 

 

 

3.     Смешали бензин массой 2 кг и керосин массой 3 кг. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании полученного топлива?

4.     На сколько изменится температура воды в стакане, если ей передать количество теплоты, равное 100 Дж? Вместимость стакана 200 см3.

5. Нагретый камень массой 10 кг, охлаждаясь в воде на 1 °С, передает ей 4,2 кДж энергии. Чему равна удельная теплоемкость камня?

6. Какое количество теплоты необходимо для нагревания кирпичной печи массой 1,5 т от 20 до 60 °С?

 

Вариант 8

1. 1. Сколько воды можно нагреть от 20 °С до кипения, если передать ей 178,5 МДж теплоты?

2. Металлическую деталь массой 200 г нагрели от 20 до 40 °С.  Для этого понадобилось 560 Дж энергии. Из какого металла изготовлена деталь?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Энергия топлива.

Удельная теплота сгорания. В природе существует много горючих веществ, которые при сгорании выделяют тепло. Это дрова, уголь, нефть, спирт, газ и т.д.

Однако, топливом можно считать лишь те горючие вещества, у которые обладают большой удельной теплотой сгорания, низкой температурой воспламенения,отсутствием вредных продуктов сгорания.

Чем больше выделяется тепла при сгорании топлива, тем лучше. Эту энергию можно использовать для обогрева жилища, приведение в движение различных механизмов или получения электроэнергии.

Для обогревания дома потребуется угля в несколько раз меньше, чем сухих дров, так разные виды топлива одинаковой массы при полном сгорании выделяют разное количество теплоты. Сравнить количества теплоты , выделившиеся при сгорании разных видов топлива можно, используя физическую величину — удельную теплоту сгорания.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорания топлива.

Удельная теплота сгорания обозначается буквой q. Единицей удельной теплоты сгорания является 1 Дж / кг.

Удельную теплоту сгорания определяют на опыте с помощью довольно сложных приборов.

Расчетная формула для количества теплоты, выделившейся при полном сгорании топлива:

Q = q*m

где Q — количество выделившейся теплоты ( Дж ),

q — удельная теплота сгорания ( Дж/кг ),

m — масса сгоревшего топлива ( кг ).
Веществоq, Дж/кгВеществоq, Дж/кг
Порох0,38*107Древесный уголь3,4*107
Дрова сухие1,0*107Природный газ4,4*107
Торф1,4*107Нефть4,4*107
Каменный уголь2,7*107Бензин4,6*107
Спирт2,7*107Керосин4,6*107
Антрицит3,0*107Водород12*107

(PDF) Удельная теплоемкость древесины

. ………………… Радманович, Джукич, Перван: Удельная теплоемкость древесины

DRVNA INDUSTRIJA 65 (2) 151-157 (2014) 157

8. Horvat, I., Krpan, J., 1967: Drvnoindustrijski priručnik

(DIP). Техническая книга Загреб.

9. Кантер К.Р., 1957. Тепловые свойства древесины.

Наука и техника 6(7):17-18. Департамент США Ком., офис

Тех. Серв. ОТС 60-51033.

10.Кох, П., 1969: Удельная теплоемкость духовки Ель Сосна

Древесина и кора. Wood Science, 1(4): 203-214.

11. Комиссаров А.П., 1969. Тепловые коэффициенты древесины лиственницы

. Дерев. Выпускной вечер. 18(6):9-10. Россия.

12. Кублер Х.; Лян, Л .; Чанг, Л.С., 1973: Тепловое расширение влажной древесины. Древесина и волокно. 5 (3): 257-267.

13. Кюльман, Г., 1962: Исследование тепловых свойств древесины и ДСП в зависимости от содержания влаги и температуры в гигроскопическом диапазоне.

Holz als Roh-und Werkstoff, 20(7): 259-270.

14. McMillin, C.W., 1969: Удельная теплоемкость

сосновой древесины, высушенной в печи. Наука о древесине 2(2): 107-111.

15. Нараянамурти Д.; Джейн, Северная Каролина, 1958: Заметка об удельной теплоте древесины. Курс. науч. 27(3): 97.

16. Тиманн, Х.Д., 1951: Технология обработки древесины, Конституция,

Свойства и использование. Питман, Нью-Йорк,

17. Твардовски, К.; Рычинский, С .; Трейпл, Дж., 2006: Роль

воды в пористости грунтовых пород.Acta

Montanistica Slovaca, Факультет бурения, нефти и газа

AGHUST, Краков, 11(1): 208-212.

18. Уилкс, Г.Б.; Вуд, К.О., 1942: Удельная теплоемкость

теплоизоляционных материалов. Высокая температура. Пип. Кондиционер. 14:

370-374.

19. Volbehr, B., 1896: Набухание древесных волокон. Докторская диссертация

. ун-т Киля, Киля, Германии.

20. ***1977: Теплопроводные свойства древесины, сырой

или сухой, от – 40 °C до + 100 °C: обзор литературы.

Общий технический отчет лесной службы Министерства сельского хозяйства США FPL9,

Мэдисон, Висконсин: Министерство сельского хозяйства США, Лес

Служба, Лаборатория лесных товаров.

21. ***1999: Справочник по дереву – Древесина как конструкционный материал

. Общий технический отчет FPL-GTR-190. Мади-

сын, Висконсин: Министерство сельского хозяйства США, Лесная служба,

Лаборатория лесных товаров. 508 стр.

Соответствующий адрес:

Ассистент КРИСТИЯН РАДМАНОВИЧ, проф.

физики и политехники

Кафедра технологической инженерии,

Факультет лесного хозяйства

Университет Загреба

Светосимунска 25, п.п. 422

HR-10002 Загреб, ХОРВАТИЯ

эл. древесина (Делийски),

— средняя удельная теплоемкость древесины (УДУ),

u — влажность,

T — температура,

t — температура.

3 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

3. ЗАКЛЮЧАК

Настоящий анализ приводит к выводу, что

различия в результатах, полученных разными авторами, значительны. Большинство авторов приходит к выводу, что удельная теплоемкость

зависит от температуры и

влажности древесины, а колебания между различными породами древесины очень малы. Что касается расхождений в результатах, полученных из разных источников,

будущие исследования должны определить удельную теплоемкость нескольких различных пород древесины в одном и том же

диапазоне температур и в одном и том же диапазоне влажности. содерж.

тент.Измерения следует производить стандартизированными методами измерения удельной теплоемкости, чтобы получить надежные результаты с наименьшей возможной неопределенностью измерения. Полученные таким образом данные по удельной теплоемкости можно использовать для проверки правильности

предложенных до сих пор моделей, а также их достоверности

и эффективности для промышленных целей.

4 ЛИТЕРАТУРА

4. ЛИТЕРАТУРА

1.Браун, HP; Паншин, А.Дж.; Forsaith, CC, 1952: Text-

book of Wood Technology. Макгроу-Хилл, Нью-Йорк.

2. Чудинов Б.С., 1968. Теория термической обработки древесины

. Издательство Наука, Москва, СССР.

3. Чудинов Б.С.; В. И. Степанов, 1971. Экспериментальные исследования

по определению теплофизических свойств

древесины и древесных материалов. Holztechnologie,

Германия. 12(3):154-159.

4.Делийски Н., 2012 г.: Переходная теплопроводность в пористых телах Capil-

, Университет лесного хозяйства, Болгария,

http://dx.doi.org/10.5772/21424.

5. Данлоп, Ф., 1912: Удельная теплоемкость древесины. Департамент США

Сельское хозяйство, Лесная служба Бык. 110.

6. Емченко М.П., ​​1958. Теплоемкость древесины.

Дерев. Выпускной вечер. 7(5): 18-19.

7. Хермон, РФС; Burcham, JN, 1955: Теплоемкость

и теплота смачивания древесины.Nature 176(4490): 978

http://dx.doi.org/10.1038/176978a0.

(12)

Древесина и биомасса — Теплота сгорания

В лаборатории можно получить теплотворную способность 8660 БТЕ/фунт из древесного топлива. Такая «высокая теплотворная способность» достигается только при совершенно сухой древесине с влажностью 0% и в атмосфере чистого кислорода. Для лабораторного использования это полезный номер, удобный для теоретического анализа проблем. Но для практического мира это нереально.

Когда древесина живая и свежая, она состоит в основном из воды, т.е. большая часть веса фактически приходится на воду. После нарезки и штабелирования в течение года или двух среднее содержание влаги обычно падает примерно до 20% .

В процессе сжигания вода испаряется, а температура повышается до температуры дымовых газов.

+
Состояние древесины Примерный горения Значения
БТЕ / фунт кДж / кг ккал / кг
Влажные 4000 9300 2220
Сухой 7000 16300 3890
    9 90. 3 фунта сухого дерева = 1 бойлевая лошадь мощность
  • 11,6 фунта влажная древесина = 1 бойлевая лошадь мощность

содержание влаги и полезная энергия

содержание влаги и полезной энергии
, содержание влаги
1
Энергия по объему
%
%
Энергия на весовой агрегат
%
0 (Духовка сухой) 100 100
20 (Air-Suish) 97 81 81
50 (Зеленый) 92 92 62
100 (Мокрые) 85 42 42

Обратите внимание, что

  • по объему влажный древесина имеет около 85 % энергии печно-сухой древесины
  • по весу влажная древесина имеет менее половины —  42 % — энергии печно-сухой древесины
90 002 Энергии одной единицы веса дерева достаточно, чтобы испарить 6 единиц веса воды.

Удельная теплоемкость высушенной в печи древесины сосны обыкновенной

Удельная теплоемкость высушенной в печи древесины сосны дольчатой ​​| Поиск по дереву Перейти к основному содержанию

.gov означает, что это официально.
Веб-сайты федерального правительства часто заканчиваются на .gov или .mil. Прежде чем делиться конфиденциальной информацией, убедитесь, что вы находитесь на сайте федерального правительства.

Сайт защищен.
https:// гарантирует, что вы подключаетесь к официальному веб-сайту и что любая предоставленная вами информация шифруется и передается безопасно.

Тип публикации:

Научный журнал (JRNL)

Первичная(ые) станция(и):

Южная исследовательская станция

Источник:

Wood Science, Vol. 2(2): 107-111

Описание

В диапазоне от 333 К до 413 К удельная теплоемкость высушенной в печи древесины сосны обыкновенной (Pinus taeda L.) была выражена линейной функцией температуры. Никакой связи с удельным весом, скоростью роста или расстоянием от сердцевины обнаружено не было; также не было обнаружено различий между ранней древесиной и поздней древесиной.

Цитата

Макмиллин, Чарльз В.1969. Удельная теплоемкость высушенной древесины сосны толстолистной. Наука о древесине, Том 2 (2): 107-111

Примечания к публикации

  • Мы рекомендуем вам также распечатать эту страницу и прикрепить ее к распечатке статьи, чтобы сохранить полную информацию о цитировании.
  • Эта статья была написана и подготовлена ​​служащими правительства США в официальное время и поэтому находится в открытом доступе.

https://www.fs.usda.gov/treesearch/pubs/24127

Возгорание влажной и сухой древесины под действием излучения

Влияние изменения содержания влаги на время пилотного и самовоспламенения образцов различных Вуд 7·6 и 15 кв.см был измерен в широком диапазоне интенсивностей излучения. Влага увеличивает энергию, необходимую для воспламенения; он также увеличивает минимальную интенсивность воспламенения, хотя при предварительном розжиге его эффект заметен только при содержании влаги выше 40 процентов.

Результаты сопоставлены с предположением, что материал инертен и воспламеняется при фиксированной температуре. Для расчета этой температуры использовалась простая теория теплопередачи, принимая значения тепловых свойств, соответствующие данному содержанию влаги, и допуская в терминах теплоемкости количество тепла, необходимое для удаления воды; после результатов Вильямса (см. ссылку 1) эффектами миграции влаги пренебрегали.

Для пробного воспламенения коррелирующая температура оказалась равной 380°C, что соответствует критической интенсивности 0.31 кал см -2 с -1 , за исключением волокнистой изоляционной плиты, которая воспламеняется при несколько более низкой температуре 330°С. Более ранние эксперименты с образцами меньшего размера дали аналогичный результат при 360°C, включая результаты для волокнистой изоляционной плиты. Настоящая корреляция, однако, распространяется на гораздо более длительные периоды времени (до 59 мин). Результаты показывают, что выбор 0,3 кал см 90 394 -2 90 395 с 90 394 -1 90 395 в качестве максимально приемлемого уровня радиации для целей строительных норм дает больший запас прочности, чем первоначально предполагалось.

Для самовозгорания коррелирующая температура оказалась равной 545°C, такой же, как и ранее для меньших площадей, что соответствует критической интенсивности 0,74 кал см −2 с −1 . Настоящая корреляция распространяется на гораздо более длительное время (до 16 минут), и результаты показывают, что эмпирическая поправка, необходимая для учета влияния площади на время воспламенения, связана с плотностью.

Энергетический и эксергетический анализ процесса сушки промышленной древесной щепы | Международный журнал низкоуглеродных технологий

Аннотация

В этом исследовании проводится всестороннее термодинамическое исследование с помощью энергетического и эксергетического анализа для оценки производительности процесса сушки промышленной щепы и изучения возможностей дальнейшего улучшения его рабочих условий и эффективности.В связи с этим энергетическая и эксергетическая эффективность оцениваются с использованием фактических термодинамических данных, полученных на заводе в Турции. Энергетическая и эксергетическая эффективность барабанной сушильной системы (DDS) составляют 34,07% и 4,39% соответственно. Результаты анализа показывают, что эксергетическая эффективность меньше энергетической эффективности. Основной причиной такой низкой эксергетической эффективности для этого процесса сушки является высокое эксергетическое разрушение, составляющее 41,5% от входного значения эксергии. Энергия может быть восстановлена ​​через экономайзер из горячего влажного воздуха, выходящего из системы.При снижении температуры дымовых газов со 130 до 90°С значения энергии рекуперации и эксергии должны составить 51 976 и 8162 кВт соответственно. Эти восстановленные потенциалы могут быть использованы для системы централизованного теплоснабжения в зимний период и для системы централизованного холодоснабжения в летний сезон с использованием абсорбционной системы охлаждения. Значения энергоэффективности и эксергетического КПД могут быть увеличены до 93,15 и 43,08% соответственно за счет включения в систему теплообменника.

1 ВВЕДЕНИЕ

Сушка обычно используется для удаления влаги или жидкости из влажного твердого вещества путем перевода этой влаги в газообразное состояние.В большинстве операций сушки вода представляет собой испаряемую жидкость, а воздух обычно используется в качестве продувочного газа [1].

Несмотря на то, что большое количество экспериментальных и теоретических исследований посвящено процессу сушки, появилось мало статей по энергетическому и эксергетическому анализу сушильных систем [1–10].

Сяхрул и др. . [1] изучали эксергетический анализ сушки влажных частиц в кипящем слое для оптимизации условий работы и качества продукции. Динсер и Сахин [2] разработали новую модель термодинамического анализа с точки зрения эксергии процесса сушки.Эксергетическая эффективность определяется как функция параметров тепло- и массопереноса. Celma и Cuadros [3] изучили энергетический и эксергетический анализы процесса сушки сточных вод оливкового завода (OMW) с использованием солнечной сушилки непрямого типа с естественной конвекцией. Мидилли и Кучук [4] изучали энергетический и эксергетический анализ процесса сушки лущеных и неочищенных фисташек с использованием солнечного сушильного шкафа. Джейлан и др. [5] исследовал энергетический и эксергетический анализ системы теплового насоса с помощью сушилки для древесины. Лю и др. [6] изучали эксергетический анализ процесса сублимационной сушки. Они использовали математическую модель для анализа потерь эксергии в процессе сублимационной сушки для оценки потерь эксергии в отдельных операциях и распределения потерь эксергии в лиофилизаторе. Зволинский и др. [7] исследовал второй закон оптимальной работы машины для сушки бумаги. Colak и Hepbasli [8] исследовали оценку производительности однослойного процесса сушки зеленых оливок в лотковой сушилке с использованием метода эксергетического анализа.Агбашло и др. [9] представил энергетический и эксергетический анализы процесса сушки в полупромышленной ленточной сушилке непрерывного действия. Liapis и Bruttini [10] изучали эксергетический анализ лиофильной сушки фармацевтических препаратов во флаконах на лотках.

В литературе очень мало статей о сушке древесной щепы. Lostec и др. [11] представил термический и экономический анализ мобильного процесса сушки древесной щепы с абсорбционным тепловым насосом. Fyhr и Rasmuson [12] в своем исследовании моделировали сушку древесной щепы в перегретом паре.

В этом исследовании процесс сушки промышленной древесной щепы исследуется с точки зрения анализа энергии и эксергии. Энергетический и эксергетический анализы проводятся в процессе промышленной сушки древесной щепы с целью улучшения условий работы и эффективности системы. Для этой цели была выбрана местная установка для сушки древесины в Турции. Энергетический и эксергетический анализ процесса сушки промышленной древесной щепы исследуется с использованием термодинамических данных, полученных на заводе.Насколько известно авторам, такого рода исследования энергетического и эксергетического анализа процесса сушки промышленной древесной щепы никогда ранее не проводились и не сообщались в литературе.

2 ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ

На заводе для сушки щепы используется барабанная сушилка. Древесная щепа в основном используется в мебельной промышленности и для внутренней обшивки потолков, стен и полов. В принципе, процесс сушки можно разделить на три основные части: систему нагрева, барабан и высокоэффективные циклоны.Блок-схема системы сушки показана на рисунке 1. Фабрика имеет когенерационную систему и производит свою потребность в электроэнергии. Для производства электроэнергии в системе используется газовая турбина. Процесс подготовки и сушки древесной щепы можно разделить на три части (см. рис. 1): в первой части выхлопной газ, поступающий из газовой турбины, повторно нагревается через систему котла-утилизатора. Выхлопной газ поступает в систему отопления с температурой 260°С и нагревается до 470°С. Во второй части древесное сырье разрезается на щепу с помощью рубильной машины, а затем направляется в бункеры для влажной щепы.Древесный материал и воздух для сушки поступают для сушки в барабанную сушилку с прямым нагревом и автоматическим управлением. В процессе сушки все данные о температуре, давлении и массовом расходе измеряются и контролируются автоматической системой управления. В процессе термодинамические данные контролируются специальной компьютерной программой. Все данные, использованные в расчетах, были взяты из этой компьютерной программы. Производительность системы барабанной сушки (DDS) колеблется от 10 до 180 т/ч (влажный продукт). В третьей части высушенная стружка выгружается в ящики для отбраковки.Крупногабаритные частицы древесной стружки легко собираются в ящики для отсева. А мелкие частицы щепы удаляются из барабана вместе с влажным воздухом. Эти маленькие стружки должны быть отделены от этого влажного воздуха. В связи с этим используются высокоэффективные циклоны. Пройдя вентиляторный блок, мелкие частицы попадают в циклоны. Сепарация пыли происходит в циклонах. Лопасти вентилятора постоянно повреждаются из-за воздействия мелкой древесной стружки и влаги, поэтому их меняют через каждые 6–7 монтажей. Наконец, из дымохода выходит влажный воздух с температурой около 120–130°С соответственно.

Рисунок 1.

Блок-схема системы сушки.

Рисунок 1.

Блок-схема системы сушки.

3 АНАЛИЗ

Система сушки

показана на рисунке 2 с входными и выходными параметрами. Существует четыре основных взаимодействия [2]:

Рисунок 2.

Термодинамическая иллюстрация процесса сушки, показывающая входные и выходные параметры.

Рисунок 2.

Термодинамическая иллюстрация процесса сушки, показывающая входные и выходные параметры.

Уравнения массового баланса для сушилки приведены ниже:123
  1. Подача сушильного воздуха в сушильную камеру для сушки продуктов.

  2. Ввод влажных продуктов для сушки в камеру.

  3. Выход влажного воздуха, содержащего удаляемую с продуктов испаряемую влагу.

  4. Выход сушеных продуктов с пониженной влажностью до требуемого уровня.

Энергетический баланс может быть записан для всей системы путем приравнивания входной и выходной энергии:4 где56Баланс эксергии для всей системы может быть записан аналогично балансу энергии и следующим образом:7Удельная эксергия для потока в точке 1 может быть выражена как8, а удельная эксергия в точке 3 как 9Удельная эксергия для влажных продуктов может быть записана как10, а удельная эксергия содержания воды как11Эксергия расхода из-за потери тепла может быть выражена следующим образом:12 где T ave – средняя температура наружной поверхности сушилки. Теплоемкость древесины зависит от температуры и влажности древесины, но практически не зависит от плотности или породы. Теплоемкость сухой древесины ( C p ) p (кДж/кг K) приблизительно связана с температурой T (K) соотношением [13]13

3.1 Энергоэффективность

Энергоэффективность процесса сушки представляет собой отношение энергии, затраченной на испарение влаги в продукте, к полной энергии (включая работу, совершаемую над системой) сушильного воздуха, подаваемого в систему, и может быть выражена как 1415

3.2 Эксергетическая эффективность

3.3 Удельный коэффициент извлечения влаги

Удельный коэффициент извлечения влаги (SMER) может быть определен как отношение массового расхода влажного воздуха к общей подводимой энергии к осушителю или, другими словами, как величина, обратная общей энергии, необходимой для удаления 1 кг воды (влаги). ) от мокрого (влажного) продукта. Общая потребляемая осушителем энергия также включает мощность двигателя вентилятора [14,15].21

3.3 Влияние варианта рекуперации тепла на производительность системы

Здесь мы также рассматриваем вариант рекуперации тепла, чтобы выяснить, как добавление установки рекуперации тепла на объект изменит производительность системы.В связи с этим как энергетическая, так и эксергетическая эффективность переписываются следующим образом:2223

4 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В этой статье мы представили энергетический и эксергетический анализ процесса сушки промышленной древесной щепы для барабанной сушилки, показанной на рисунке 2. Это первое исследование энергетического и эксергетического анализа процесса сушки промышленной древесной щепы в литературе. . Некоторые типичные данные, используемые при расчете энергетической и эксергетической эффективности, приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Данные, использованные для расчетов процесса сушки.

Т 0 288 К
Р 0 101,3 кПа
х против 0 0,0113
( x v ) 3   0,1691
ω 0   0.007
ω 1 0,009
ω 3 0,1122
R 0,287 кДж / кг К
R против 0.4615 KJ / KG K
( C P ) V 2.12 KJ / KG K (748 K)
2.01 KJ / KG K (403 K)
( C p ) a   1.004 KJ / KG K (288 K)
1. 014 KJ / KG K (403 K)
1.087 KJ / KG K (740 K)
( C P ) P P 1.217 KJ / KG K (288 K)
1.507 KJ / KG K (363 K)
T 0 288 K
Р 0   101.3 кПа
х против 0 0,0113
( х против ) 3 0,1691
ω 0 0,007
ω 1 0,009
ω 3 0,1122
R 0,287 кДж / кг К
R против 0.4615 KJ / KG K
( C P ) V 2. 12 KJ / KG K (748 K)
2.01 KJ / KG K (403 K)
( C P ) P ) A ) 1.004 KJ / KG K (288 K)
1.014 KJ / KG K (403 K)
1.087 KJ / KG K (740 K)
( C p ) p   1.217 кДж/кг К (288 К)
1,507 кДж/кг К (363 К)
Таблица 1.

Данные, использованные для расчетов процесса сушки.

Т 0 288 К
Р 0 101,3 кПа
х против 0 0,0113
( x v ) 3   0.1691
ω 0 0,007
ω 1 0,009
ω 3 0,1122
R 0,287 кДж / кг K
R V 0,4615 KJ / KG K
( C P ) V 2. 12 KJ / KG K (748 K)
2.01 KJ / KG K (403 K)
( C P ) A ) A 1.004 KJ / KG K (288 K)
1.014 KJ / KG K (403 K)
1.087 KJ / KG K (740 K)
( C P ) P 1.217 KJ / KG K (288 K)
1.507 KJ / KG K (363 K)
9 T 0 288 K
P 0 101.3 кПа
х против 0 0,0113
( х против ) 3 0,1691
ω 0 0,007
ω 1 0,009
ω 3 0,1122
R 0,287 кДж / кг К
R против 0. 4615 KJ / KG K
( C P ) V 2.12 KJ / KG K (748 K)
2.01 KJ / KG K (403 K)
( C P ) P ) A ) 1.004 KJ / KG K (288 K)
1.014 KJ / KG K (403 K)
1.087 KJ / KG K (740 K)
( C p ) p   1.217 кДж/кг К (288 К)
1,507 кДж/кг К (363 К)

Выхлопной газ (горячий газ) используется в качестве источника энергии для процесса сушки. Итак, термодинамические свойства выхлопного газа принимаются такими же, как и у идеального газа. Диаграмма Санки, показывающая входную и выходную энергию и значения энергоэффективности, построена для системы сушки и представлена ​​на рисунке 3. Кроме того, диаграмма Грасмана, показывающая входные и выходные значения эксергетики и эксергетический КПД, построена для системы и приведена на рис. Рисунок 4.Значения энергии и эксергии входящего осушающего воздуха составляют 90 385 и 20 256 кВт соответственно.

Рисунок 3.

Значения входной и выходной энергии и КПД для DDS.

Рисунок 3.

Значения входной и выходной энергии и КПД для DDS.

Рисунок 4.

Схема эксергии DDS.

Рисунок 4.

Блок-схема эксергии DDS.

Результаты анализа показывают, что эксергетическая эффективность меньше, чем энергоэффективность.Значения энергетической и эксергетической эффективности ДДС составляют 34,07 и 4,39% соответственно. Основной причиной низкой эксергетической эффективности является высокая эксергетическая деструкция, составляющая 41,5% от общего количества эксергетических затрат в процессе сушки. Влияние температуры на энергоэффективность и эксергетический КПД показано на рисунке 5. Из этого рисунка видно, что эксергетический КПД снижается с температурой наружного воздуха, а энергоэффективность увеличивается. Кроме того, значение SMER для сушки древесной щепы составляет 0,458 кг/кВтч.

Рисунок 5.

Изменение эксергии и энергоэффективности в зависимости от эталонной температуры.

Рисунок 5.

Изменение эксергии и энергоэффективности в зависимости от эталонной температуры.

Кроме того, изучается потенциал рекуперации тепла, и его изменение в зависимости от температуры выхлопных газов показано на рисунке 6. Из этого рисунка видно, что существует потенциал рекуперации 51 675 кВт энергии при температуре влажного воздуха снижена со 130 до 90°С.Во время фазы попадания воды в выхлопные газы выделяется огромное количество тепла. Это является причиной того, что скрытая теплота водяного пара оказывает большее влияние на повышение энергетической и эксергетической эффективности при некоторых небольших перепадах температур.

Рисунок 6.

Изменение потенциала рекуперации тепла в зависимости от температуры выхлопных газов.

Рисунок 6.

Изменение потенциала рекуперации тепла в зависимости от температуры выхлопных газов.

5 ВЫВОДЫ

Из этого исследования можно сделать следующие выводы:

  • Значения энергоэффективности и эксергетического КПД сушильной системы равны 34.07 и 4,39% соответственно. Система имеет низкий эксергетический КПД по сравнению с КПД по энергии. Основной причиной низкой эффективности эксергии является разрушение эксергии. Эксергетическая деструкция составляет 41,5% от входной эксергии процесса сушки.

  • Восстановление эксергии может быть достигнуто двумя способами: (i) от утраченной эксергии к окружающему и (ii) эксергии горячего влажного воздуха. Сумма этих двух составляет около 56,95% от общего вклада эксергии.

  • Энергия влажного воздуха может быть получена с помощью систем рекуперации тепла.При использовании варианта рекуперации тепла есть возможность сэкономить 51 675 кВт энергии и повысить энергоэффективность до 56,12%. Таким образом, общая энергоэффективность достигает 93,16% (из 37,04 + 56,12%).

  • Что касается рекуперации эксергии, то она достигает 8162 кВт, что доводит общий эксергетический КПД системы до 43,08%.

  • Рекуперированная энергия может быть использована для обогрева помещений в офисном здании фабрики в зимний сезон, а в летний сезон она может использоваться для других потребностей фирмы в отоплении.Его также можно эффективно использовать как для охлаждения, так и для обогрева.

  • Приведенные в литературе значения SMER для сушки древесины находятся в диапазоне от 0,382 до 0,543 кг/кВтч. Существующий SMER для этого процесса составляет 0,458 кг/кВтч, что согласуется с этими литературными значениями для сушки древесной щепы.

НОМЕНКЛАТУРА

  • С р

  • ДДС

  • Э.

  • Ex

  • ех

  • ч

  • Р

  • P G

  • P V

  • Q

    Расход теплопередачи (KJ / S)

  • R

  • S

    S

    S

    S

    S

    (KJ / KG K)

  • SMER

    Специфические соотношение влаги (кг / кВтч)

  • v

    v

    v

    v

  •  
  •  
  • x v

    мольная доля пара в воздухе

  •  
  • ω

  •  
  • η

  •  
  • ε

ССЫЛКИ 70 1,  ,  .

Эксергетический анализ сушки влажных частиц в кипящем слое

,

Exergy Int J

,

2002

, том.

2

 (стр. 

87

98

)2,  .

Новая модель термодинамического анализа процесса сушки

,

Int J Тепломассообмен

,

2004

, том.

47

 (стр. 

645

52

)3,  .

Энергетический и эксергетический анализ процесса солнечной сушки OMW

,

Renew Energy

,

2009

, том.

34

 (стр. 

660

6

)4,  .

Энергетический и эксергетический анализ процесса солнечной сушки фисташек

,

Energy

,

2003

, vol.

28

 (стр. 

539

56

)5,  ,  .

Энергетический и эксергетический анализ теплового насоса с сушилкой для древесины

,

Appl Therm Eng

,

2007

, том.

27

 (стр. 

216

22

)6,  ,  .

Эксергетический анализ процесса сублимационной сушки

,

Appl Therm Eng

,

2008

, том.

28

 (стр.  

675

90

)7,  ,  .

Оптимальная работа бумагосушильной машины по второму закону

61

 (стр. 

3653

62

)8,  .

Анализ эффективности сушки зеленых оливок в лотковой сушилке

,

J Food Eng

,

2007

, том.

80

 (стр. 

1188

93

)9,  ,  .

Анализ эффективности сушки ломтиков моркови в полупромышленной ленточной сушилке непрерывного действия

,

J Food Eng

,

2009

, том.

91

 (стр. 

99

108

)10,  .

Эксергетический анализ лиофильной сушки фармацевтических препаратов во флаконах на лотках

,

Int J Heat Mass Transfer 2008

, vol.

51

 (стр. 

3854

68

)11,  ,  ,  .

Сушка щепы абсорбционным тепловым насосом

,

Энергетика

,

2008

, том.

33

 (стр. 

500

12

)12,  .

Некоторые аспекты моделирования сушки древесной щепы в перегретом паре

,

Int J Тепломассоперенос

,

1997

, том.

40

 (стр. 

2825

42

)13,  .

Древесина как конструкционный материал

Справочник по дереву Общий технический отчет 113

14,  ,  ,  .

Применение транскритического процесса CO 2 к сушильному тепловому насосу

,

Int J Refrig

,

1998

, vol.

21

 (стр. 

202

11

)15,  ,  .

Сушка с помощью теплового насоса продолжается. Часть 2: результаты моделирования

,

Int J Energy Res

,

1990

, vol.

14

 (стр. 

771

82

)

© Автор, 2009 г. Опубликовано Oxford University Press. Все права защищены. Чтобы получить разрешение, отправьте электронное письмо по адресу: [email protected]

.

курсов PDH онлайн. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов HVAC; не только экологичность или энергосбережение

курсы.»

 

 

Рассел Бейли, П. Е.

Нью-Йорк

«Это укрепило мои текущие знания и научило меня дополнительно нескольким новым вещам

для раскрытия мне новых источников

информации.»

 

Стивен Дедак, ЧП

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

очень быстро отвечают на вопросы.

Это было на высшем уровне. Буду использовать

еще раз. Спасибо.»

Блэр Хейворд, ЧП

Альберта, Канада

«Веб-сайт прост в использовании. Хорошо организован. Я обязательно воспользуюсь вашими услугами снова.

Я передам вашу компанию

имя другим на работе.»

 

Рой Пфлейдерер, ЧП

Нью-Йорк

«Справочный материал был превосходным, и курс был очень информативным, тем более что я думал, что уже знаком

с реквизитами Канзас

Авария в городе Хаятт. »

Майкл Морган, ЧП

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится возможность просмотреть текст перед покупкой. Я нашел класс

информативный и полезный

на моей работе.»

Уильям Сенкевич, Ч.Е.

Флорида

«У вас отличный выбор курсов и очень информативные статьи.Вы

— лучшее, что я нашел.»

 

 

Рассел Смит, ЧП

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, предоставляя время для проверки

материал.»

 

Хесус Сьерра, ЧП

Калифорния

«Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

человек узнает больше

от сбоев. »

 

Джон Скондрас, ЧП

Пенсильвания

«Курс был хорошо составлен, и использование тематических исследований является эффективным

способ обучения.»

 

 

Джек Лундберг, ЧП

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; т.э., что позволяет

студент для ознакомления с курсом

материал перед оплатой и

получение викторины.»

Арвин Свангер, ЧП

Вирджиния

«Спасибо, что предложили все эти замечательные курсы. Я, конечно, выучил и

очень понравилось.»

 

 

Мехди Рахими, ЧП

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материала и простотой поиска и

подключение к Интернету

курсы. »

Уильям Валериоти, ЧП

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. Курс был легким для понимания. Фотографии в основном давали хорошее представление о

обсуждаемые темы.»

 

Майкл Райан, ЧП

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Нужен 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

 

 

 

Джеральд Нотт, ЧП

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых кредитов PDH. Это был

информативно, выгодно и экономично.

Очень рекомендую

всем инженерам.»

Джеймс Шурелл, ЧП

Огайо

«Я ценю, что вопросы относятся к реальному миру и имеют отношение к моей практике, и

не основано на какой-то непонятной секции

законов, которые не применяются

«обычная» практика. »

Марк Каноник, ЧП

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы использовать его в своем медицинском устройстве

организация.»

 

 

Иван Харлан, ЧП

Теннесси

«Материал курса имеет хорошее содержание, не слишком математический, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

 

 

Юджин Бойл, П.Е.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо представлена,

а онлайн формат был очень

доступно и просто до

использование. Большое спасибо.»

Патрисия Адамс, ЧП

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия непрерывному обучению PE в рамках временных ограничений лицензиата.»

 

 

Джозеф Фриссора, ЧП

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Распечатанная викторина помогает во время

просмотр текстового материала. я

также оценил просмотр

предоставлены фактические случаи.»

Жаклин Брукс, ЧП

Флорида

«Документ Общие ошибки ADA в проектировании помещений очень полезен.

Тест

требовал исследования в

документ но ответы были

всегда в наличии.»

Гарольд Катлер, ЧП

Массачусетс

«Это было эффективное использование моего времени. Спасибо за разнообразие выбора

в дорожной технике, что мне нужно

для выполнения требований

Сертификация PTOE.»

Джозеф Гилрой, ЧП

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для выполнения моих требований в штате Делавэр».

 

 

Ричард Роадс, ЧП

Мэриленд

«Узнал много нового о защитном заземлении. До сих пор все курсы, которые я проходил, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

Курсы со скидкой.»

 

Кристина Николас, ЧП

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду дополнительных

курсы. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

необходимость путешествовать.»

Деннис Мейер, ЧП

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

Инженеры для приобретения блоков PDH

в любое время.Очень удобно.»

 

Пол Абелла, ЧП

Аризона

«Пока все было отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня не так много

пора искать куда

получи мои кредиты от. »

 

Кристен Фаррелл, ЧП

Висконсин

«Это было очень информативно и поучительно.Легко понять с иллюстрациями

и графики; определенно делает его

легче  впитать все

теории.»

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов полупроводников. Мне понравилось проходить курс по адресу

.

мой собственный темп во время моего утра

метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, ЧП

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и получить

викторина. Я бы очень рекомендую

вам в любой PE нуждающийся

Единицы CE. »

Марк Хардкасл, ЧП

Миссури

«Очень хороший выбор тем во многих областях техники.»

 

 

 

Рэндалл Дрейлинг, ЧП

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад принести пользу в финансовом плане

по ваш рекламный адрес электронной почты который

сниженная цена

на 40%.»

Конрадо Касем, П.Е.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Буду пользоваться вашими услугами в будущем.»

 

 

 

Чарльз Флейшер, ЧП

Нью-Йорк

«Это был хороший тест, и я фактически проверил, что я прочитал профессиональную этику

Коды

и Нью-Мексико

правила. »

 

Брун Гильберт, П.Е.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили времени и усилий.»

 

 

 

Дэвид Рейнольдс, ЧП

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Будет использовать CEDengineerng

при необходимости дополнительного

Сертификация

 

Томас Каппеллин, П.Е.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все равно выполнили обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

спасибо!»

 

Джефф Ханслик, ЧП

Оклахома

«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы

для инженера.»

 

 

Майк Зайдл, П. Е.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материал был кратким и

в хорошем состоянии.»

 

 

Глен Шварц, ЧП

Нью-Джерси

«Вопросы соответствовали урокам, а материал урока

хороший справочный материал

для дизайна под дерево.»

 

Брайан Адамс, П.Е.

Миннесота

«Отлично, удалось получить полезную информацию с помощью простого телефонного звонка.»

 

 

 

Роберт Велнер, ЧП

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт прохождения программы «Прибрежное строительство — проектирование»

Корпус Курс и

очень рекомендую.»

 

Денис Солано, ЧП

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики штата Нью-Джерси были очень

прекрасно приготовлено.»

 

 

Юджин Брекбилл, ЧП

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность скачивать учебные материалы на

обзор везде и

когда угодно.»

 

Тим Чиддикс, ЧП

Колорадо

«Отлично! Поддерживайте широкий выбор тем на выбор.»

 

 

 

Уильям Бараттино, ЧП

Вирджиния

«Процесс прямой, никакой чепухи. Хороший опыт.»

 

 

 

Тайрон Бааш, П.Е.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были пробными и демонстрировали понимание

материала. Тщательный

и комплексные.»

 

Майкл Тобин, ЧП

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что курс предложил мне, что

поможет в моей линии

работы. »

 

Рики Хефлин, ЧП

Оклахома

«Очень быстрая и простая навигация. Я определенно воспользуюсь этим сайтом снова.»

 

 

 

Анджела Уотсон, ЧП

Монтана

«Прост в исполнении. Нет путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата.»

 

 

 

Кеннет Пейдж, П.Е.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о нагреве воды с помощью солнечной энергии. Информативный

и отличное освежение.»

 

 

Луан Мане, ЧП

Коннетикут

«Мне нравится подход к подписке и возможности читать материалы в автономном режиме, а затем

вернись, чтобы пройти тест.»

 

 

Алекс Млсна, П.Е.

Индиана

«Я оценил количество информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях.»

 

Натали Дерингер, ЧП

Южная Дакота

«Материалы обзора и образец теста были достаточно подробными, чтобы я мог

успешно завершено

курс.»

 

Ира Бродская, ЧП

Нью-Джерси

«Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материал для изучения, а затем вернуться

и пройти тест. Очень

удобный а на моем

собственное расписание.»

Майкл Гладд, ЧП

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

 

 

 

Деннис Фундзак, ЧП

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

сертификат

. Спасибо за создание

процесс простой.»

 

Фред Шайбе, ЧП

Висконсин

«Положительный опыт.Быстро нашел подходящий мне курс и закончил

PDH за один час в

один час.»

 

Стив Торкилдсон, ЧП

Южная Каролина

«Мне понравилась возможность загрузки документов для ознакомления с содержанием

и пригодность до

наличие для оплаты

материал

Ричард Ваймеленберг, ЧП

Мэриленд

«Это хорошее пособие по ЭЭ для инженеров, не являющихся электриками.»

 

 

 

Дуглас Стаффорд, ЧП

Техас

«Всегда есть место для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

процесс, которому требуется

улучшение. »

 

Томас Сталкап, ЧП

Арканзас

«Мне очень нравится удобство прохождения викторины онлайн и получения немедленного

Сертификат

 

 

Марлен Делани, ЧП

Иллинойс

«Обучающие модули CEDengineering — очень удобный способ доступа к информации по

многие различные технические области внешние

по своей специализации без

необходимость путешествовать.»

Гектор Герреро, ЧП

Грузия

Оценка тепловых свойств изоляционных панелей на основе соломы

Материалы (Базель). 2022 февраль; 15(3): 1073.

Лукаш Чайковский

1 Факультет лесного хозяйства и технологии древесины, Познаньский университет естественных наук, ул. Wojska Polskiego 28, 60-637 Познань, Польша; lp. [email protected]

Ежи Верес

3 Факультет информационных технологий и визуальных коммуникаций, Коллегиум Да Винчи, ул.ген. Tadeusza Kutrzeby 10, 61-719 Познань, Польша; [email protected]

Веслав Олек

1 Факультет лесного хозяйства и технологии древесины, Познаньский университет естественных наук, ул. Wojska Polskiego 28, 60-637 Познань, Польша; [email protected]

Збышек Павлик, академический редактор

3 Факультет информационных технологий и визуальных коммуникаций, Коллегиум Да Винчи, ул. ген. Tadeusza Kutrzeby 10, 61-719 Познань, Польша; [email protected]

Поступила в редакцию 17 декабря 2021 г.; Принято 27 января 2022 г.

Abstract

Солома зерновых культур является экологически чистым, быстро возобновляемым и устойчивым сырьем для производства изоляционных панелей для строительства. Достоверные данные о тепловых свойствах изоляционных панелей имеют решающее значение для правильного и точного проектирования ограждающих конструкций. Цель исследования состояла в том, чтобы определить и обосновать тепловые свойства панелей из соломы зерновых культур. Удельную теплоемкость измеряли калориметрическим методом. Теплопроводность определяли обратным методом и прибором Isomet 2114 соответственно.Оба подхода учитывали влияние температуры. Удельная теплоемкость панелей достигала 1600 Дж/(кг·К), а теплопроводность варьировалась в пределах от 0,025 до 0,075 Вт/(м·К) в зависимости от применяемой экспериментальной методики. Исследуемые свойства были подтверждены и оценена их достоверность. Высокая точность моделирования теплообмена была получена для свойств, измеренных калориметрическим методом и идентифицированных с помощью обратного моделирования.

Ключевые слова: материалы на биооснове, удельная теплоемкость, теплопроводность, калориметрический метод, обратное моделирование

1.Введение

Повестка дня в области изменения климата побуждает к разработке низкоэнергетических и пассивных строительных конструкций, в которых используются биоматериалы. В настоящее время большинство строительных материалов производится из невозобновляемых ресурсов с использованием ископаемого топлива. Производственные процессы строительных материалов значительно увеличивают углеродный след зданий, в том числе из-за высокого потребления энергии. Применение натуральных, возобновляемых, устойчивых и экологически чистых материалов, таких как древесина или побочные продукты сельского хозяйства, значительно снижает количество отходов и загрязнение окружающей среды [1,2,3,4].Наиболее популярными природными строительными материалами являются древесина и однолетние растения, используемые в качестве конструкционных и/или изоляционных материалов. Зерновая солома, являясь побочным продуктом при уборке зерна, считается одним из самых экологически чистых и пригодных для повторного использования видов сырья. Свойства соломы, широкая доступность и возобновляемость делают этот материал все более распространенным в строительстве [5,6,7,8].

Анализ термических свойств соломы-сырца показал высокие значения пористости и удельной теплоемкости [9,10,11]. Это предполагает потенциальную полезность соломы злаков в качестве материала для производства изоляционных композитов. Теплоизоляционные панели из однолетних растений характеризуются низкими значениями коэффициента теплопроводности, аналогичными таковым для синтетических материалов и минеральной ваты [12,13,14]. Частицы однолетних растений также применяются в качестве наполнителя в бетонных конструкциях с целью улучшения их теплофизических свойств [15,16].

Потребление энергии в зданиях на отопление регулируется законом, а новые решения отвечают все более строгим требованиям к теплоизоляционным свойствам ограждающих конструкций в зависимости от общего коэффициента теплопередачи.Значения коэффициента в первую очередь зависят от теплопроводности и толщины применяемого изоляционного материала. Для правильного проектирования барьерных ограждающих конструкций необходимы достоверные данные о тепловых свойствах материалов, особенно в случае перспективных низкоэнергетических и пассивных зданий [17].

Тепловые свойства изоляционных материалов чаще всего определяют с помощью счетчиков, основанных на стационарном методе, например, счетчиков с огражденными нагревательными пластинами и счетчиков тепловых потоков.Подразумеваемый метод накладывает много ограничений на применение счетчиков. Самый важный из них исключает использование измерителей для исследования анизотропных материалов. Другое важное ограничение связано с проблемой контактного сопротивления между испытуемым образцом и пластиной или датчиком измерителя. Несовершенный контакт значительно занижает измеренные значения теплопроводности [18]. Изоляционные материалы характеризуются низкой плотностью и высокой пористостью. Поры заполнены воздухом, характеризующимся теплопроводностью ок.0,025 Вт/(м·К) [19]. Поэтому наличие воздуха в порах значительно улучшает теплоизоляционные свойства.

Домингес-Муньос и др. [20] выявили, что теплопроводность изоляционных материалов увеличивается с уменьшением плотности ниже прибл. 30 кг/м 3 . Наименьшие и практически постоянные значения коэффициента теплопроводности обнаружены у материалов с плотностью от 30 до 60 кг/м 3 . Увеличение плотности выше 60 кг/м 3 вызывало постепенное и отчетливое увеличение теплопроводности, что объяснялось уменьшением пористости.Аналогичная связь была обнаружена Csanády et al. [21] для изоляционных панелей из соломы. Значения теплопроводности определялись методом защищенной горячей плиты и зависели от плотности панелей. Минимальное значение теплопроводности найдено при плотности 120 кг/м 3 . Теплопроводность исследованных материалов объяснялась тремя различными механизмами теплопередачи: теплопроводностью в стеблях соломы, теплопроводностью в воздухе и излучением.Конвективным теплообменом в воздухе пренебрегали.

Природные изоляционные материалы на биологической основе содержат открытые поры, которые также заполнены воздухом. К сожалению, при теплопередаче в таких материалах воздух течет внутри открытой пористой структуры. Такой процесс влияет на изоляционные свойства, особенно при больших перепадах температуры внутри материала в приповерхностном слое, находящемся в контакте с пластиной или датчиком. Феномен потока воздуха в испытуемых материалах не учитывается счетчиками [22].

Другая группа счетчиков основана на переходном методе [23]. Измерители могут использоваться для измерения теплопроводности в широком диапазоне значений температуры. Более того, переходные измерители могут косвенно учитывать влияние потока воздуха в пористой структуре материалов на биооснове, а также изменения плотности воздуха на интенсивность теплообмена во время измерений.

Целью исследования было определение тепловых свойств теплоизоляционных панелей из соломы злаков.Для измерений в диапазоне температур 10–50 °C использовались и сравнивались два разных метода. Процедура проверки применялась для количественной оценки достоверности применяемых методов измерения.

2. Материалы и методы

2.1. Изоляционные панели

Коммерческие изоляционные панели были в центре внимания исследования. Панели изготовлены компанией «ВестаЭко» (Варшава, Польша) из смеси ржи и соломы тритикале. Солому измельчали ​​до частиц размером от 10 до 50 мм в длину.Полученные частицы сначала подвергали гидротермической и химической обработке при температуре ниже 50 °С, а затем подвергали дефибрированию по технологии DefibraTech 1.0. Из распушенной массы отжимают избыток воды, распушивают и сушат до влажности ок. 10%. Высушенные волокна смешивали с полимерной смолой 4,4′-дифенилметандиизоцианата (pMDI) с содержанием смолы прибл. 4%. Матрас формовали и прессовали при температуре 165 °С, изготавливали однослойные панели толщиной 40 мм.Целевая плотность панелей составляла 210 кг/м 3 .

2.2. Определение удельной теплоемкости и объемной плотности

Удельная теплоемкость исследованных панелей измерялась с помощью водного калориметра, предназначенного для материалов на биологической основе, характеризующихся низкой плотностью и теплоемкостью, а также высокой гигроскопичностью. Для проектирования и изготовления калориметра сначала было сформулировано стационарное уравнение теплового баланса и проведен анализ абсолютной погрешности (неопределенности) определения теплоемкости методом полной разности [24].

Круглые листы печно-сухих панелей укладывали в образцы в виде цилиндров диаметром 80 мм и высотой 140 мм. Образцы помещали в термоусадочную мембрану для предотвращения изменения влажности исследуемых панелей. Распределение температуры в панелях в ходе экспериментов контролировалось двумя термопарами типа К, установленными в центре и на поверхности образцов. Равновесная температура калориметрической системы определялась с помощью термопары типа J.Подробное описание проектирования и изготовления калориметра, а также процедуры определения удельной теплоемкости было предоставлено Czajkowski et al. [24].

За измерениями удельной теплоемкости следовало определение объемной плотности. С образцов были сняты термопары, а панели снова покрыты термоусадочной мембраной. Это было сделано из-за определения объема путем вытеснения воды в калиброванном цилиндре. Массу и объем термоусадочной мембраны вычитали из показаний объема и массы образцов.Насыпную плотность исследуемых панелей рассчитывали как отношение массы к объему.

2.3. Определение теплопроводности переходным методом (Isomet 2114)

Переходные методы определения теплопроводности характеризуются относительно небольшой продолжительностью измерений, а также простотой обращения с ними при проведении экспериментов, поскольку они разработаны для образцов различной формы. Поэтому измерения проводились прибором Isomet 2114 (Applied Precision s.r.o., Братислава, Словакия), которая представляет собой коммерческую портативную измерительную систему, работающую на основе переходной теплопроводности. Прибор обычно используется для определения тепловых свойств различных изотропных материалов, в том числе изоляционных. Принцип измерения Isomet 2114 основан на методе переходного плоского источника (TPS). Поверхностный измерительный датчик находился в непосредственном тепловом контакте с поверхностью испытуемого образца.

Образцы в виде прямоугольных призм размерами 150·150·40 мм предварительно высушивали до абсолютно сухого состояния.Высушенные образцы охлаждали, а затем обертывали пленкой из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) для предотвращения изменения влажности исследуемого материала. Часть фольги была удалена с образца, чтобы обеспечить непосредственный контакт измерительного зонда с поверхностью материала. Образец с зондом помещали в климатическую камеру. Температуру экспериментальной системы сначала уравновешивали в течение 60 мин перед началом измерений. Эксперименты проводились для трех уровней температуры, т.е.е., 10, 30 и 50 °С. Прибор измерил теплопроводность и связал ее со средней температурой испытаний. Продолжительность одного измерения составила ок. 15 мин. Для заданного уровня температуры измерения проводились для шести образцов с шестью повторениями для каждого образца.

2.4. Идентификация теплопроводности с помощью обратного моделирования

Для определения теплопроводности панелей применялась обратная идентификация теплопроводности. Идентификация была основана на подходе, предложенном Weres и Olek [25] и Weres et al.[26]. Он использовал измеренные отклики исследуемой эмпирической системы, то есть значения температуры во времени, измеренные в выбранных местах исследуемого материала. Чтобы собрать ответы, необходимо было провести эксперименты по переходному теплообмену. Исследуемый материал предварительно сушили в лабораторной сушилке и формировали в виде кубических образцов размером 100×100×100 мм. В каждом образце был установлен набор из четырех термопар типа К, которые были закодированы как №1, №2, №4 и №6.Расположение термопар указано в . Начало орто-декартовой системы координат располагалось в переднем нижнем левом углу образца. Каждый образец также был оснащен тремя дополнительными термопарами с кодами № 3, № 5 и № 7, которые устанавливались на поверхности образцов для регистрации значений температуры на всех гранях образцов. Для обеспечения хорошего контакта термопар №3, №5 и №7 с гранями образцов использовалась самоклеящаяся алюминиевая фольга.Применение фольги уменьшило контактное сопротивление и тем самым повысило точность измерения температуры на гранях образцов.

Таблица 1

Координаты расположения термопар в мм.

1 # 3 9 9 х 2 8 8 х 3
90 213 Координаты Термопара Расположение
# 2 # # 4 # 5 # 6 # 7
х 1 50 50 50 50 50 75 100
50 25 0 50 50 50 50 302149
50 50 50 50 75 100 50 50
50

Одиночная переходная эксперимент на теплопередач составлял два этапа, я. д., (а) нагрев образца с целью получения равномерного пространственного распределения температуры в образце (начальное состояние) и (б) охлаждение того же образца. Значения температуры во времени регистрировались каждые 60 с на этапе охлаждения. Зарегистрированные значения являлись исходными данными для идентификации теплопроводности обратным методом. Проверка достоверности выявленной теплопроводности проводилась с использованием других наборов данных, зарегистрированных в ходе экспериментов по переходному теплообмену.

Для идентификации применялась математическая структурная модель нестационарной трехмерной теплопроводности. Модель учитывала температурную зависимость коэффициента теплопроводности от температуры. Также предполагалось равномерное начальное распределение температуры внутри образцов (начальное условие) и граничное условие Дирихле, поскольку в ходе переходных экспериментов измерялись значения температуры на всех гранях образцов. Модель состояла из следующего квазилинейного параболического частичного дифференциального уравнения:

Cρ ∂ T∂τ = ∂∂xi (k ∂t∂xi), (xi, τ) ∈Ω × (0, τf]

1)

с начальным условием

t (xi,0)=t0(xi) ,                                     

и краевое условие первого рода

т (xi, τ) = ts (xi), (xi, τ) ∈∂Ωi × (0, τf]

(3)

где i = 1, 2, 3

где c , Дж/(кг·К) — удельная теплоемкость; к, Вт/(м·К) – теплопроводность; t, °С – температура; t 0 , °С – начальная температура; t с , °С – температура на границе; x i , м – координаты точки в орто-декартовой системе координат; ρ , кг/м 3 —плотность; τ , с – время; Ω, м 3 – область исследуемого тела в трехмерном евклидовом пространстве; τ F , с – конечное время процесса теплопроводности; ∂Ω I , m 2 — граница области для граничного условия первого рода.

Метод конечных элементов был использован для разработки рабочей формы модели, заданной уравнениями (1)–(3). Аппроксимация геометрической области производилась элементами трехмерного пространства (прямоугольными призмами), а временная область аппроксимировалась абсолютно устойчивой двухточечной рекуррентной схемой. Кроме того, итерационная процедура использовалась для учета квазилинейности уравнений на каждом временном шаге. Окончательный вид операционной модели был получен в виде систем алгебраических уравнений, а искомыми были узловые значения температуры в выбранные моменты времени [27].

Результаты решения прямой задачи теплопроводности, описываемой уравнениями (1)–(3), сравнивались с эмпирическими данными, полученными в ходе экспериментов по переходному теплообмену (измеренные отклики исследуемой эмпирической системы). Сравнение было определено количественно путем вычисления целевой функции, определяемой как

S=∑i=1NTwi [texp(τi)−tпред(τi)]2

(4)

где w i — весовая функция; t exp , t pred — значения температуры в выбранных узловых точках, измеренные и предсказанные соответственно; NT — количество моментов времени.

Процедура оптимизации использовалась для определения минимума целевой функции по коэффициентам математической модели, подлежащим оцениванию. Процедура была основана на алгоритме области доверия в сочетании с квазиньютоновской процедурой обновления секанса для аппроксимации гессиана (обновление BFGS).

3. Результаты

Измерения удельной теплоемкости и объемной плотности панелей были первым анализом, проведенным в настоящем исследовании. Это было связано с серьезными ограничениями процедуры обратной идентификации, применяемой для определения коэффициентов модели теплопроводности [28].Оказалось, что одновременное отождествление удельной теплоемкости и теплопроводности требует нахождения бесконечного числа пар коэффициентов. Ким и др. [29] рекомендовали сначала определять удельную теплоемкость, а затем использовать измеренные значения в качестве исходных данных для идентификации теплопроводности обратным методом. Борхес и др. В работе [30] применен анализ чувствительности для определения зависимости выявленных коэффициентов при обратном анализе задач теплообмена. Сделан вывод, что линейная зависимость двух и более коэффициентов делает невозможной одновременную оценку коэффициентов.

3.1. Плотность и удельная теплоемкость

Проанализированные изоляционные панели имели низкую объемную удельную теплоемкость. Поэтому калориметрические измерения характеризовались относительно небольшим количеством тепла, выделяемого образцом в ходе экспериментов. Это подразумевало необходимость изготовления образцов относительно большой массы, в нашем случае ок.180 г. Это вытекало из уже проведенного анализа погрешностей [24], что минимальное повышение температуры калориметрической системы (Δ T ) должно быть равно 1,5 К. Начальная равновесная температура калориметрической системы ( t e ) была всегда равно ок. 20°С (). Это заставило нас нагреть образцы до начальной температуры ( t = ) ок. 100°С. Значения удельной теплоемкости были рассчитаны из преобразованного уравнения теплового баланса, полученного Czajkowski et al. [24] и представлены в, а также дополнены результатами измерения плотности панелей в сухом состоянии и расчетными значениями объемной удельной теплоемкости. Стандартное отклонение измерений удельной теплоемкости было ниже 8 Дж/(кг·К), так как экспериментальный материал был тщательно подготовлен и была обеспечена высокая повторяемость экспериментальных результатов.

Таблица 2

Отдельные наблюдения и средние значения удельной теплоемкости, плотности и объемной удельной теплоемкости исследованных панелей.

4 9305 #0

Наблюдение Начальная температура образца
t is ; °C
Начальная равновесная температура калориметрической системы
t e ; °C
Повышение температуры
Δ T ; K
Удельная теплоемкость
c ; Дж/(кг·K)
Плотность
ρ ; кг/м 3
Объемная удельная теплоемкость
c · ρ ;МДж/(м 3 ·K)
18,56 1,41 1 672 210 0,3511
# 2 99,6 18,41 1,46 1668 203 0,3386
# 3 98,2 17. 65 1.46 1682 1682 211 0.3549 0.3549
# 4 99.4 18.02 1,46 1683 212 0.3568
# 5 99. 2 99.2 18.34 1.46 1686 1686 218 0.3675
Среднее значение 1678 211 0,3538

Полученное среднее значение удельной теплоемкости составило 1678 Дж/(кг·К), а плотность – 211 кг/м 3 (). Это привело к тому, что объемная удельная теплоемкость была равна 0.3538 МДж/(м 3 ·К). Прямое сравнение результатов удельной теплоемкости и плотности затруднено, так как о свойствах изоляционных панелей, изготовленных из соломы злаков, сообщают редко. Палумбо и др. [13] проанализировали шесть различных изоляционных плит на биологической основе, изготовленных из кукурузной сердцевины, ячменной соломы, конопляных волокон, смеси пеньковой костры и извести, древесной шерсти и древесных волокон. Для измерения теплопроводности и температуропроводности исследуемых плит применялся электронный анализатор тепловых свойств Quickline-30, основанный на переходном методе термоанемометра.Измеренные свойства использовались для расчета объемной удельной теплоемкости плит. Приведенные значения теплоемкости в сухом состоянии варьировались от 0,0384 до 0,1612 МДж/(м 3 ·К) для плит из кукурузной сердцевины и древесных волокон соответственно. Соответствующие значения плотности в сухом состоянии находились в пределах от 48,1 до 212,2 кг/м 3 . Объемная удельная теплоемкость, зарегистрированная в настоящем исследовании, была практически в два раза выше по сравнению с максимальным значением, указанным Palumbo et al.[13]. Вероятно, это было связано с примененным для исследования плат методом переходных процессов с горячей проволокой. Метод наиболее пригоден для исследования жидкостей и газов и имеет серьезные ограничения применительно к твердым телам. Ограничения подразумевают погрешности измерения, возникающие в основном из-за наличия контактного сопротивления между датчиком и поверхностью образца, определения количества тепла, излучаемого датчиком, предположения о бесконечной длине и различимом диаметре провода. Бейзак и Звиздич [31] перечислили и проанализировали несколько факторов, влияющих на погрешность измерения метода.Было также продемонстрировано, что переходный метод с горячей проволокой показывает более высокие погрешности измерения по сравнению с методом стационарной защищенной горячей пластины.

Хуссейн и др. [32] сообщили о производстве и тестировании водостойких композитов на основе конопляной стружки для потенциального использования в качестве теплоизоляционных материалов. Композиты различались типом и количеством применяемых вяжущих, что приводило к изменению насыпной плотности от 175 до 240 кг/м 3 . Тепловые свойства изготовленных конопляных композитов измеряли на приборе Isomet 2114, работающем по методу ТПС, аналогичному по своим принципам методу нестационарной горячей проволоки.Измеренные тепловые свойства и объемная плотность использовались для расчета удельной теплоемкости композитов, и были обнаружены исключительно низкие значения в диапазоне от 763 до 1050 Дж/(кг·К). Это опять-таки можно объяснить погрешностями измерения, возникающими из-за примененного экспериментального метода и измерений, выполненных для неизвестного содержания влаги.

Аналогичный подход использовали Liuzzi et al. [5] для определения термических свойств изоляционных панелей из волокон ячменной соломы и отходов оливкового дерева. Опять же, Isomet 2114 использовался для измерения тепловых свойств, в данном случае теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости. Последнее свойство использовалось вместе с насыпной плотностью для расчета удельной теплоемкости панелей. Насыпная плотность панелей из соломы ячменя и отходов маслины составила 152 и 235 кг/м 3 соответственно. Косвенно оцененные значения удельной теплоемкости составили 1010 и 1111 Дж/(кг·К) для панелей из ячменной соломы и оливковых отходов соответственно.Использовался тот же аппарат, что и в предыдущем исследовании. Однако измерения проводились для сухих материалов. Значения снова были очень низкими.

3.2. Теплопроводность, измеренная с помощью Isomet 2114

В отличие от обратной идентификации, измерения теплопроводности с помощью Isomet 2114 проводились независимо от информации о плотности и удельной теплоемкости. Измерения проводились для трех уровней температуры: 10, 30 и 50 °С и с использованием набора из шести образцов в форме прямоугольных призм, как описано в разделе 2. Количество повторений для данного уровня температуры и образца равнялось шести. В результате общее количество наблюдений составило 108. Измеренные значения теплопроводности были параметризованы с помощью эмпирической линейной модели, дающей следующее соотношение

к = 0,04459 + 0,0002767 · т

(5)

где k , Вт/(м·К) – теплопроводность; t , °С – температура.

Измеренные дискретные данные и подобранная линейная модель изображены на .Полученные значения соответствовали наблюдениям Hussain et al. [32], которые установили для изоляционных композитов из конопляной стружки значения теплопроводности от 0,052 до 0,057 Вт/(м·К). Аналогичные значения были получены Liuzzi et al. [5] для изоляционных панелей, изготовленных из соломы ячменя и отходов оливкового дерева, со значениями 0,058 и 0,062 Вт/(м·К) соответственно.

Теплопроводность, измеренная на Isomet 2114 (точки — отдельные наблюдения, сплошная линия — эмпирическая модель).

3.3. Теплопроводность, идентифицированная обратным методом

Обратная идентификация теплопроводности также позволила учесть зависимость теплопроводности от температуры. Были рассмотрены два варианта температурного воздействия. Первый предполагал линейную зависимость теплопроводности от температуры и приводил к следующему соотношению ( t ) варьировалась от 30 до 60 °С.Второй вариант постулировал отсутствие влияния температуры на выявленное свойство и оказалось, что коэффициент теплопроводности равен 0,0744 Вт/(м·К). Значения теплопроводности, определенные обратным методом и измеренные с помощью Isomet 2114, показаны на рис.

Сравнение значений теплопроводности, определенных обратным методом и измеренных с помощью Isomet 2114.

3.4. Проверка тепловых свойств

Измеренные и идентифицированные тепловые свойства изоляционных панелей были подтверждены путем сравнения результатов моделирования нестационарного теплообмена с набором эмпирических данных, т. е.е., измеренные значения температуры во времени в выбранных местах. Этот набор эмпирических данных использовался только для проверки, а не в процессе идентификации. Валидацию проводили для плотности и удельной теплоемкости, измеренных калориметрическим методом, а также для идентифицированной и измеренной теплопроводности. Это привело к трем вариантам проверки, вытекающим из определения теплопроводности, независимой и зависящей от температуры, а также измерения теплопроводности с помощью Isomet 2114.

Выполненная проверка была количественно оценена двумя ошибками, определенными Olek et al. [33], т.е. локальная во времени относительная ошибка e 1 :

e1(xi,τj)=100| texp(xi,τj)−t(xi,τj) |texp(xi,τj),       i = 1,…,NS ,   j = 1,…,NT

(6)

где t exp , °С – температура; NS —количество термопар; NT — количество временных интервалов;

и глобальная относительная ошибка во времени e 2 :

e2(xi)=100∑j=1NT [texp(xi,τj)−t(xi,τj)]2∑j=1NT texp( xi,τj)2,   i = 1,…,NS

(7)

Примеры проведенной валидации изображены на и . Верхние графики представляли сравнение результатов трех вариантов моделирования с эмпирическими данными, а нижние графики отображали эволюцию локальной во времени относительной ошибки e 1 . Глобальная относительная погрешность во времени e 2 рассчитывалась для всех термопар, установленных внутри образца (термопары № 1, № 2, № 4 и № 6). Полученные значения e 2 представлены в .

Прогнозируемые значения температуры как функции времени для измеренных и идентифицированных тепловых свойств в сравнении с экспериментальными данными (верхний график) и относительной ошибкой e 1 моделирования (нижний график).Термопара №1.

Прогнозируемые значения температуры как функции времени для измеренных и идентифицированных тепловых свойств в сравнении с экспериментальными данными (верхний график) и относительной ошибкой e 1 моделирования (нижний график). Термопара №4.

Таблица 3

Значения ошибки e 2 для анализируемых вариантов проверки.

Термопара
Номер
Вариант проверки Нелинейная идентификация Линейная идентификация Линейная идентификация ISome 2114 Измерения
# 1 1.21 4,09 5,19
# 2 1,42 3,73 3,65
# 4 1,88 4,05 5,10
# 6 1,98 3,71 2,78

Глобальная относительная погрешность во времени ( e 2 ) значения были ниже 2% для всех мест расположения термопар и идентифицированных тепловых свойств с учетом зависимости теплопроводности от температуры (). Двукратное увеличение ошибки e 2 , т. е. ок. 4%, были найдены для варианта идентификации, предполагающего отсутствие влияния температуры на теплопроводность. В случае проверки теплопроводности, измеренной с помощью Isomet 2114, ошибка e 2 варьировалась от ок. От 3% до 5% в зависимости от расположения термопары. Анализ локальной по времени относительной ошибки e 1 (нижние графики в и ) отчетливо показал, что максимум ошибки e 1 составляет менее 3% для коэффициента теплопроводности с учетом влияния температуры и идентифицируется обратным методом.Максимальное значение, полученное для проверки теплопроводности, измеренной с помощью Isomet 2114, составило ок. 8%. Анализ погрешностей подтвердил значительно более высокую точность идентификации с учетом температурной зависимости теплопроводности по сравнению со значениями, измеренными на Изомете 2114. теплоизоляционные панели на основе соломы. Эксплуатируемый калориметр гарантировал высокую повторяемость и точность измерения удельной теплоемкости, т. е.т. е. стандартное отклонение измерений было ниже 8 Дж/(кг·К). Исследуемые теплоизоляционные панели характеризовались высокими значениями удельной теплоемкости более 1600 Дж/(кг·К), что привело к получению объемной удельной теплоемкости ок. 0,35 МДж/(м3·K), несмотря на низкую плотность ок. 210 кг/м3.

  • Постановка эксперимента по измерению теплопроводности прибором Изомет 2114 позволила учесть влияние температуры на свойство. Дискретные значения теплопроводности параметризовались линейной функцией.Полученные результаты теплопроводности были аналогичны результатам, полученным для изоляционных композитов из конопляной стружки и изоляционных панелей, изготовленных из ячменной соломы и отходов оливкового дерева.

  • Два варианта обратной идентификации оказались высокоэффективными при определении теплопроводности. Однако вариант идентификации, предполагающий линейную зависимость теплопроводности от температуры, показал более высокую точность по сравнению с вариантом, в котором постулировалось отсутствие влияния температуры на идентифицируемое свойство. Это ясно показывает важность более точного моделирования с учетом влияния температуры на теплопроводность.

  • Процедура валидации позволила количественно оценить достоверность применяемых экспериментальных методов определения тепловых свойств изоляционных панелей на основе соломы. Было ясно показано, что точное моделирование теплопередачи в изоляционных панелях возможно при использовании удельной теплоемкости, определенной калориметрическим методом, вместе с теплопроводностью, определенной с помощью обратного моделирования или измеренной прикладным прибором.Однако было показано, что более высокая точность достигается при использовании идентифицированной теплопроводности с учетом линейной зависимости от температуры (локальная во времени относительная ошибка e1 не превышала 2 %, а глобальная во времени относительная ошибка e2 варьировалась от около 3 %). до 5% для данного варианта идентификации).

  • Вклад авторов

    Концептуализация, Л.К., Р.К., Дж. В. и В.О.; Курирование данных, LC; Формальный анализ, WO; Приобретение финансирования, LC; Расследование, Л.К. и В.О.; Методология, Дж.В. и В.О.; Администрация проекта, WO; Ресурсы, Л.К., Р.К. и В.О.; Программное обеспечение, JW; Надзор, WO; Валидация, Л.К. и Дж. В.; Визуализация, Л.К.; Написание — первоначальный вариант, Р.К. и В.О.; Написание — обзор и редактирование, Л.К., Р.К. и Дж.В. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

    Финансирование

    Работа выполнена в рамках программы Министерства науки и высшего образования «Региональная инициатива передового опыта» на 2019–2022 годы, Проект №005/RID/2018/19.

    Заявление Институционального контрольного совета

    Неприменимо.

    Заявление об информированном согласии

    Неприменимо.

    Заявление о доступности данных

    Неприменимо.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Спонсоры не участвовали в разработке исследования; при сборе, анализе или интерпретации данных; при написании рукописи; или в решении опубликовать результаты.

    Сноски

    Примечание издателя: MDPI остается нейтральным в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

    Ссылки

    1. Kumar D., Alam M., Zou P.X.W., Sanjayan J.G., Memon R.A. Сравнительный анализ свойств и характеристик строительных теплоизоляционных материалов. Продлить. Поддерживать. Energy Rev. 2020; 131:110038. doi: 10.1016/j.rser.2020.110038. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]2. Сеговия Ф., Бланше П., Оклер Н., Эссуа Г.Г.E. Термомеханические свойства древесноволокнистой изоляционной плиты с использованием клея на биологической основе в качестве связующего. Здания. 2020;10:152. doi: 10.3390/buildings100

    . [Перекрестная ссылка] [Академия Google]3. Cintura E., Nunes L., Esteves B., Faria P. Агропромышленные отходы как строительные изоляционные материалы: обзор и проблемы для евро-средиземноморских стран. инд. урожая. Произв. 2021;171:113833. doi: 10.1016/j.indcrop.2021.113833. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]4. Чжао Дж., Ли С. Оценка стоимости жизненного цикла и многокритериальный анализ решений по экологически безопасным строительным изоляционным материалам – обзор.Энергетическая сборка. 2022;254:111582. doi: 10.1016/j.enbuild.2021.111582. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]5. Лиуцци С., Рубино К., Мартеллотта Ф., Стефаницци П., Касавола К., Паппалеттер Г. Характеристика материалов на основе биомассы для применения в строительстве: случай отходов соломы и оливкового дерева. инд. урожая. Произв. 2020;147:112229. doi: 10.1016/j.indcrop.2020.112229. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 6. Домингес-Роблес Х., Таррес К., Алькала М., Эль Мансури Н.-Э., Родригес А., Мутье П., Дельгадо-Акуилар М. Разработка высокоэффективных древесноволокнистых плит без связующего вещества из остатков пшеничной соломы.Пост. Строить. Матер. 2020;232:117247. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.117247. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 7. Пендзик М., Янишевска Д., Рогозинский Т. Альтернативное лигноцеллюлозное сырье в производстве древесностружечных плит: обзор. инд. урожая. Произв. 2021;174:114162. doi: 10.1016/j.indcrop.2021.114162. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]8. Абу-Дждайил Б., Мурад А.-Х., Хиттини В., Хассан М., Хамиди С. Традиционные, современные и возобновляемые теплоизоляционные строительные материалы: обзор. Пост. Строить.Матер. 2019; 214:709–735. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.04.102. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]9. Чайковский Л., Войчешак Д., Олек В., Пшибыл Ю. Термические свойства фракций кукурузной соломы. Пост. Строить. Матер. 2019;210:709–712. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.03.092. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 10. Буаскер М., Белаячи Н., Ходжа Д., Аль-Мухтар М. Физические характеристики натуральных соломенных волокон в качестве заполнителей для строительных материалов. Материалы. 2014;7:3034–3038. дои: 10.3390/ma7043034.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]11. Dupont C., Chirac R., Gauthier G., Toche F. Измерение теплоемкости различных типов биомассы и остатков пиролиза. Топливо. 2014; 115:644–651. doi: 10.1016/j.fuel.2013.07.086. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 12. Хисек Ш., Нойбергер П., Сикора А., Шенфельдер О., Дитоммазо Г. Утилизация отходов: изоляционная панель из переработанных частиц полиуретана и пшеничной шелухи. Материалы. 2019;12:3075. doi: 10.3390/ma121. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]13.Палумбо М., Лакаста А.М., Холкрофт Н., Ши А., Уокер П. Определение гигротермических параметров экспериментальных и коммерческих изоляционных материалов на биологической основе. Пост. Строить. Матер. 2016; 124: 269–275. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2016.07.106. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 14. Сюй Дж., Сугавара Р., Видьорини Р., Хан Г., Каваи С. Производство и свойства древесно-стружечных плит низкой плотности без связующего из сердцевины кенафа. Дж. Вуд Науч. 2004; 50: 62–67. doi: 10.1007/s10086-003-0522-1. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 15. Сорушян П., Хассан М. Оценка соломенного картона на цементной основе по сравнению с альтернативными сайдинговыми продуктами на основе цемента. Пост. Строить. Матер. 2012; 34:77–82. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2012.02.011. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 16. Караде С.Р. Цементно-связанные композиты из лигноцеллюлозных отходов. Пост. Строить. Матер. 2010; 24:1323–1330. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2010.02.003. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 17. Лурэ М., Аюз М., Перре П. Диффузия тепла и влаги в еловых и деревянных панелях, рассчитанная на основе трехмерной морфологии с использованием метода решетки Больцмана.Междунар. Дж. Терм. науч. 2018;130:471–483. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2018.05.009. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 18. Хаммершмидт У. Метод защищенной горячей плиты (GHP): оценка неопределенности. Междунар. Дж. Термофиз. 2002; 23:1551–1570. doi: 10.1023/A:1020737

    3. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 19. Ченгель Ю.А., Гаджар А.Дж. Тепломассоперенос: основы и приложения. 5-е изд. Макгроу-Хилл; Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: 2015. [Google Scholar]20. Домингес-Муньос Ф., Андерсон Б., Сехудо-Лопес Х. М., Каррильо-Андрес А.Неопределенность теплопроводности изоляционных материалов. Энергетическая сборка. 2010;42:2159–2168. doi: 10.1016/j.enbuild.2010.07.006. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 22. Ферроухи М.Ю., Абахри К., Беларби Р., Лимам К., Нувьер А. Экспериментальная проверка совместного моделирования переноса тепла, воздуха и влаги в многослойных строительных элементах. Тепломассообмен. 2016;52:2257–2269. doi: 10.1007/s00231-015-1740-y. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 23. Паласиос А., Конг Л., Наварро М.Е., Дин Ю., Барренеш С. Методы измерения теплопроводности для характеристики материалов, аккумулирующих тепловую энергию — обзор.Продлить. Суст. Energy Rev. 2019; 108:32–52. doi: 10.1016/j.rser.2019.03.020. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 24. Чайковски Л., Олек В., Верес Дж., Гузенда Р. Тепловые свойства древесных плит: определение удельной теплоемкости. Вуд науч. Технол. 2016; 50: 537–545. doi: 10.1007/s00226-016-0803-7. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 25. Верес Дж., Олек В. Обратный конечно-элементный анализ технологических процессов тепломассопереноса в сельскохозяйственных и лесных продуктах. Сухой. Технол. 2005; 23:1737–1750. дои: 10.1081/ДРТ-200065191. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 26. Верес Дж., Олек В., Куява С. Сравнение алгоритмов оптимизации для обратного МКЭ переноса тепла и массы в биоматериалах. Дж. Теор. заявл. мех. 2009; 47: 701–716. [Google Академия] 27. Верес Дж., Олек В., Гузенда Р. Идентификация коэффициентов математической модели при анализе тепломассопереноса в древесине. Сухой. Технол. 2000;18:1697–1708. doi: 10.1080/07373

    87. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 28. Хуан Ч.-Х., Ян Ж.-Ю. Обратная задача одновременного измерения теплопроводности и теплоемкости, зависящих от температуры.Междунар. J. Heat Mass Trans. 1995; 38:3433–3441. doi: 10.1016/0017-9310(95)00059-I. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 29. Ким С.К., Юнг Б.С., Ким Х.Дж., Ли В.И. Обратная оценка теплофизических свойств анизотропного композита. Эксп. Терм. Науки о жидкости. 2003; 27: 697–704. doi: 10.1016/S0894-1777(02)00309-6. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 30. Борхес В.Л., Соуза П.Ф.Б., Фернандес А.П., Гимарайнш Г. Идентификация теплофизических свойств в частотной области. In: Orlande H.R.B., Fudym O., Maillet D., Cotta R.М., ред. Тепловые измерения и обратные методы. КПР Пресс; Бока-Ратон, Флорида, США: 2011. стр. 617–653. [Google Академия] 31. Безяк М., Звиздич Д. Динамические измерения теплопроводности изоляторов. Междунар. Дж. Термофиз. 2011; 32:1467–1478. doi: 10.1007/s10765-011-1025-8. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 32. Хуссейн А., Калабрия-Холли Дж., Лоуренс М., Цзян Ю. Гигротермические и механические характеристики новых теплоизоляционных композитов на основе конопляной стружки. Пост. Строить. Матер. 2019; 212: 561–568.doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.04.029. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 33. Олек В., Верес Дж., Гузенда Р. Влияние данных о теплопроводности на точность моделирования теплопередачи в древесине.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.