Россия
УДК 004 Информационные технологии. Компьютерные технологии. Теория вычислительных машин и систем
Обеспечение эксплуатационной устойчивости и минимальных деформаций изделий из древесины твердых лиственных пород требует системного подхода к оптимизации технологических процессов. В работе представлен комплексный анализ параметров обработки массивной древесины, учитывающий её анизотропные свойства и гетерогенность сырья. Разработана математическая модель, интегрирующая процессы влагообмена, теплообмена и механических напряжений, что позволяет прогнозировать пространственно-временное распределение ключевых характеристик материала (влажность, температура, напряжения). Компьютерное моделирование на основе численного решения уравнений влагопроводности и термомеханической деформации обеспечило детализацию распределения параметров в объеме заготовки. Применение трехстержневой модели позволило учесть анизотропию материала и гетерогенность сырья, что критически важно для предотвращения растрескивания и коробления. Верификация модели подтверждена соответствием экспериментальным данным сушильных камер secal. Результаты демонстрируют возможность снижения энергозатрат и повышения качества продукции. Моделирование обеспечило снижение влажности древесины с 60% до 8% с погрешностью менее 2%. Найденный коэффициент влагопроводности для дуба и ясеня согласуется с экспериментальными данными. Промежуточная влаготеплообработка позволила снизить напряжения на 15–20% за счет релаксации упругих деформаций. Коэффициент безопасности режимов сушки поддерживался на уровне 1.0 ± 0.02, гарантируя отсутствие растрескивания. Температурные режимы оптимизированы (максимальная температура агента 52°c) для минимизации энергопотребления при сохранении качества. Разработанная модель подтверждает свою эффективность для прогнозирования напряжений и динамики влажности, обеспечивая внедрение энергоэффективных режимов сушки.
Системный анализ, компьютерное моделирование, математическая модель, оптимизация параметров, древесина твердых лиственных пород, влагообмен, термомеханические напряжения.
1. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины. – ОАО "Научдревпром-ЦНИИМОД", 2000. – 143 с.
2. Мещерякова, А.А. Энергосберегающие технологии сушки пиломатериалов. Сушка пиломатериалов хвойных и твёрдых лиственных пород в камерах периодического действия без их искусственного увлажнения: моногр. / А. А. Мещерякова, А. Н. Чернышев; Издатель: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014 год – 190 с.
3. Патент № 2522732 Российская Федерация, МПК F26B 5/04 Способ сушки пиломатериалов при пониженном давлении среды: 2013110969/06: заявл. 03.12.2013; опубл. 20.07.2014 / А. Н.Чернышев, Р. Р. Сафин, О. Р. Дорняк, Т. В. Ефимова, П. А. Кайнов, А. В. Балахнов; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная лесотехническая академия". – 4 с.
4. Уголев, Б.Н. Деформативность древесины и напряжения при сушке: учеб. пособие / Б. Н. Уголев. – М.: Лесная промышленность, 1971 – 176 с.
5. Галкин, В.П. Влияние растягивающих напряжений на изменение величины усушки / В. П. Галкин, В. Г. Санаев, Б. Н. Уголев, А. А. Калинина // Лесной вестник. – 2016. – № 4 том 20– С. 4-9.
6. Ugolev B. N. Wood as a natural smart material. Wood Science and Technology. Journal of the International Academy of Wood Science, (2014) vol. 48, Number 3, pp.553–568. DOIhttps://doi.org/10.1007/s00226-013-0611-2.
7. Ugolev B., Gorbacheva G., Belkovskiy S. Quantification of wood memory effect/ B. Ugolev// Proc. 2012 IAWS «Wood the Best Material for Mankind» and the 5th International Symposium on the «Interaction of Wood with Various Forms of Energy». – Zvolen, Slovakia: 2012. – pp. 31–37.
8. Laminated veneer lumber from Rowan (Sorbusaucuparia-Lipsky) / H. S. Kol, H. Keskin, S. Korkut, T. Akbulut // African journal of agricultural research. – OCT 2009. – P. 1101–1105. – DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/20183802001.
9. Olek, W. The inverse method for diffusion coefficient identification during water sorption in wood/ W. Olek, J. Weres / Proceedings of the 3rd COST E15 Workshop on “Softwood drying to specific end–uses”. Helsinki, Finland, Paper No 27.– 2001.
10. Weres, J. Inverse finite element analysis of technological processes of heat and mass transport in agricultural and forest products/ J. Weres, W. Olek // Drying Technology. – 2005. – Vol.23. – p. 1737–1750.
11. Liu, J.Y. An Inverse Moisture Diffusion Algorithm for the Determination of Diffusion Coefficient/ J.Y. Liu, W.T. Simpson, S.P. Verrill // Drying Technology. – 2001.–Vol. 19, N. 8. – p. 1555–1568.
12. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины. – ОАО "Научдревпром-ЦНИИМОД", 2000. – 143 с.
13. Пономарев, В.С., Численное моделирование процесса сушки древесины / В.С. Пономарев, Г.Г. Кашеварова // Современные технологии в строительстве. Теория и практика. 2022. Т. 1. С. 429-434.
14. Хакимзянов, И.Ф. Разработка энергоэффективного комплекса для процессов сушки древесины / И.Ф. Хакимзянов, П.А. Кайнов // Деревообрабатывающая промышленность. 2014. № 4. С. 12-15.
15. Сафин, Р.Р. Энергосберегающая установка для сушки и термической обработки древесины / Р.Р. Сафин, Е.Ю. Разумов, Н.А. Оладышкина // Вестник Казанского технологического университета. 2010. № 9. С. 542-546.
16. Импульсная сушка пиломатериалов из древесины грецкого и американского черного ореха в конвективных сушильных камерах / Д. И. Деянов, С. А. Моисеев, А. А. Косарин, Г. Н. Курышов // Лесной вестник. Forestry Bulletin. – 2022. – Т. 26, № 2. – С. 85-91. – DOIhttps://doi.org/10.18698/2542-1468-2022-2-85-91.
17. Никитин, К.А. Основная характеристика сушки токами высокой частоты (ТВЧ) для термической обработки древесины / К.А. Никитин, А.Н. Чемоданов // Моя профессиональная карьера. 2022. Т. 1. № 39. С. 14-16.
18. Земцовский, А.Е. Применение стохастического метода в управлении процессом сушки древесины в камерах периодического действия /А.Е. Земцовский, С.П. Артемьев, М.В. Погромский // В сборнике: Инженерные задачи: проблемы и пути решения. Материалы V Всероссийской (национальной) научно-практической конференции Высшей инженерной школы САФУ. Архангельск, 2023. С. 81-83.
19. Максименко, В.А. Разработка метода низкотемпературной сушки древесины / В.А. Максименко, В.С. Евдокимов, В.С. Калита // В книге: Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства. Материалы 10-й Международной научно-технической конференции. Редколлегия: В.А. Лихолобов [и др.]. 2020. С. 176-177.
20. Иващенко, Д.Н.Инновационные методы сушки древесины для минимизации отходов и повышения эффективности переработки в Байкальском регионе / Д.Н. Иващенко //Безопасность и охрана труда в лесозаготовительном и деревообрабатывающем производствах. 2024. № 1. С. 30-35.
21. Тихонов, Е.А. МУЛЬТИФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ / Е.А. Тихонов, О.А. Куницкая, Т.Н. Стородубцева и др. // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2023. № 9. С. 3-10.
22. Сушка крупномерных пило- и лесоматериалов / В. П. Галкин, Г. Н. Курышов, А. А. Косарин [и др.] // Лесной вестник. Forestry Bulletin. – 2020. – Т. 24, № 2. – С. 59-68. – DOIhttps://doi.org/10.18698/2542-1468-2020-2-51-56.
23. Демидова, А.А. Математическая модель для исследования процессов вакуумно-высокочастотной сушки древесины / А.А. Демидова, Д.А. Коренков // Промышленная энергетика. 2020. № 9. С. 33-38.
24. Зарипов, Ш. Г. Режимы сушки лиственничных пиломатериалов в сушильных камерах периодического действия / Ш. Г. Зарипов // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. – 2018. – № 5(365). – С. 151-160. – DOIhttps://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2018.5.151.
25. Горностаев, В.Н. Инновационные решения проблемы сушки и пропитки древесины / В.Н. Горностаев // Новое слово в науке: перспективы развития. 2017. № 1 (11). С. 266-268.
26. Изимгалиев, Н.Т. Автоматизация процесса сушки древесины / Н.Т. Изимгалиев // Студенческий вестник. 2024. № 15-7 (301). С. 65-67.
27. Качанов, А.Н.Исследование электрического и теплового полей при сушке древесины в вакуумно-диэлектрической камере / А.Н. Качанов, В.А. Гришин // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2023. № 1 (357). С. 72-77.
28. Коновалов, А.В. Моделирование сушильной камеры для сушки древесины / А.В. Коновалов, Н.А. Франтов // В сборнике: Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии (ХХII Бенардосовские чтения). Материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 75-летию теплоэнергетического факультета. Иваново, 2023. С. 442-445.
29. Соколов, И.В. Свойства древесины как материала, подвергаемого сушке и термической модификации: плотность древесины / И.В. Соколов // Вестник науки. 2024. Т. 5. № 12-2 (81). С. 391-400.
30. Кравцова, Э.А. Разработка алгоритмов системы управления камерой сушки древесины / Э.А. Кравцова, Е.Н. Маркина // В сборнике: Наука без границ. сборник статей III Международного научно-исследовательского конкурса. Петрозаводск, 2024. С. 76-84.
31. Полещук, О. М. Оценка состояний групп объектов на основе лингвистических Z-чисел / О. М. Полещук // Лесной вестник. Forestry Bulletin. – 2022. – Т. 26, № 2. – С. 131-134. – DOIhttps://doi.org/10.18698/2542-1468-2022-2-131-134.
32. Дупанов, С.А. Методология бездеформативной сушки и консервации археологической древесины / С.А. Дупанов, О.К. Леонович //В сборнике: Лесная инженерия, материаловедение и дизайн. Материалы 88-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов (с международным участием). Минск, 2024. С. 244-246.
33. Никитин, К.А. Основная характеристика сушки токами высокой частоты (твч) для термической обработки древесины / К.А. Никитин, А.Н. Чемоданов // Моя профессиональная карьера. 2022. Т. 1. № 39. С. 14-16.
34. Колибаба, О.Б. Экспериментальное исследование сушки древесины с целью создания композитного топлива / О.Б. Колибаба, Р.Н. Габитов, Д.А. Долинин, А.Н. Бородин // В сборнике: Современные энергосберегающие тепловые и массообменные технологии (сушка, тепловые и массообменные процессы) СЭТМТ - 2023. Сборник научных трудов Восьмой Международной научно-практической конференции. Москва, 2023. С. 315-318.
35. Овчинникова, Т.С. Сушка древесины сосны / Т.С. Овчинникова // Вектор научной мысли. 2024. № 1 (6). С. 174-176.
36. Гороховский, А.Г. Теоретический анализ процессов конвективной сушки древесины / А.Г. Гороховский, Е.Е. Шишкина, А.С. Агафонов, П.А. Бекк // Системы. Методы. Технологии. 2022. № 1 (53). С. 138-141.
37. Соколов. И.В. Свойства древесины как материала, подвергаемого сушке и термической модификации: гигроскопичность древесины / И.В. Соколов // Вестник науки. 2024. Т. 5. № 12-2 (81). С. 383-390.
38. Соколов, И.В. Сушка как предварительный этап термомодифицирования древесины / Соколов И.В. // Вестник науки. 2024. Т. 5. № 12-2 (81). С. 401-410.
39. Курышов, Г.Н. Импульсная сушка пиломатериалов из древесины клена толщиной 50 мм в конвективных сушильных камерах / Г.Н. Курышов, А.А. Косарин // Лесной вестник. Forestry Bulletin. 2020. Т. 24. № 1. С. 69-73.
40. Соколов, И.В. Сушка древесины: требования к качеству, их соответствие с требованиями к качеству готовой продукции / И.В. Соколов // Вестник науки. 2023. Т. 5. № 12-1 (69). С. 456-462.
41. Качанов, А.Н. Анализ факторов, влияющих на эффективность процесса сушки древесины в вакуумно-диэлектрической камере / А.Н. Качанов,
42. Gorokhovsky, A.G. Optimization of the birch wood drying process / A.G. Gorokhovsky, E.E. Shishkina, A.S. Agafonov // The woodworking industry. 2024. No. 1. pp. 10-14.
43. Tereshchenko, V.P. Drying of wood and internal stresses during drying / V.P. Tereshchenko // Young scientist. 2022. No. 27 (422). pp. 49-51.
