On the issues of optimization and regulation of the convective drying process of materials in drying units
Ключові слова:
Математичне моделювання, сушіння, капілярно-пористе тіло, дисперсні матеріали, газозважений стан, флюїдизація, відносна вологість, напруження, оптимізація, тепло- та масообмін, деформація, анізотропія, числові методиКороткий опис
У розділі представлено основні підходи до оптимізації та регулювання процесу сушіння матеріалів з урахуванням конструктивних особливостей і принципів роботи сушильного обладнання. Суттєвим фактором оптимізації таких процесів є розгляд об'єкта сушіння та математичних методів, що використовуються для опису задач сушіння. З цією метою проаналізовано широко застосовувані на практиці методи математичного моделювання капілярно-пористих і дисперсних матеріалів, а також особливості моделей, що описують тепло- і масообмін у таких матеріалах, особливу увагу приділено ролі дифузійних і термодифузійних механізмів у регулюванні вологовіддачі.
Стратегії оптимізації розроблено з використанням фундаментальних принципів сушіння, де критерій Кірпічова дає кількісну оцінку динаміки вологоперенесення, а числа Нуссельта слугують ключовими параметрами для керування температурними градієнтами та забезпечення ефективного видалення вологи. Крім того, критерій Постнова використовується як засіб оцінки балансу між температурними градієнтами і розподілом вологості, що допомагає запобігти надмірному накопиченню напружень, які можуть призвести до розтріскування. Далі досліджуються емпіричні зв'язки між цими критеріями та основними параметрами процесу, включаючи вологовміст, температуру та швидкість повітряного потоку, для підвищення ефективності сушіння та збереження структурної цілісності.
У роботі досліджено особливості побудови математичних моделей неізотермічного вологоперенесення та деформації під час сушіння капілярно-пористих, дисперсних та фрактально-структурованих матеріалів з точки зору механіки суцільних середовищ, теорії сумішей та статистичних підходів. Це дає змогу отримати максимально широкий спектр реалізацій моделей, що враховують анізотропію термомеханічних властивостей, пружну і в'язкопружну поведінку, усадку матеріалу та інші релевантні фактори.
Посилання
Nigmatulin, R. I. (1978). Osnovy mekhaniki geterogennykh sred. Moscow: Nauka, 336.
Gamaiunov, S. N., Misnikov, O. S. (1988). Usadochnye iavleniia pri sushke prirodnykh organomineralnykh dispersii. Inzhenerno-fizicheskii zhurnal, 71 (2), 233–236.
Mushtaev, V. I.; Planovskii, A. N. (Ed.) (1971). Osnovnye teoreticheskie polozheniia konvektivnoi sushki i utochnennyi metod rascheta sushilnykh apparatov. Moscow: MIKhM, 81.
Mushtaev, V. I., Ulianov, V. M. (1988). Sushka dispersnykh materialov. Moscow: Khimiia, 352.
Likov, A. V. (1968). Teoriia sushki. Moscow: Energiia, 472.
Sazhin, B. S. (1984). Osnovy tekhniki sushki. Moscow: Khimiia, 320.
Laitfud, U. (1977). Iavleniia perenosa v zhivykh sistemakh. Moscow: Mir, 210.
Tutova, E. G., Grinchik, N. N. (1984). Mekhanizm massoperenosa pri obezvozhivanii slozhnykh biologicheskikh sistem. Teplomassoobmen – 6. Vol. 7. Minsk: ITMO AN BSSR, 25–28.
Grinchik, N. N. (1991). Protcessy perenosa v poristykh sredakh, elektrolitakh i membranakh. Minsk: ITMO im. A. V. Likova AN BSSR, 251.
Lutcik, L. P., Litevchuk, D. P. (1984). Vliianie porovoi struktury na pronitcaemost kapilliarno-poristykh tel. Teplomassoobmen – 6. Vol. 7. Minsk: ITMO AN BSSR, 74–77.
Likov, A. V. (1970). Metody resheniia nelineinykh uravnenii nestatcionarnoi teploprovodnosti. Izv. AN SSSR, Energetika i transport, 25, 109.
Zhuravleva, V. P. (1972). Masso-teploperenos pri termoobrabotke i sushke kapilliarno-poristykh stroitelnykh materialov. Minsk, 189.
Zhuravleva, V. P. (1971). Issledovanie protcessa obrazovaniia dispersnykh struktur. Minsk, 5, 35–40.
Kutc, P. S., Grinchik, N. N. (1984). Teplo- i massoperenos v kapilliarno-poristykh telakh pri intensivnom paroobrazovanii s uchetom dvizheniia fronta ispareniia. Teplomassoobmen – 6. Vol. 7. Minsk: ITMO AN BSSR, 93–96.
Lutcik, P. P. (1985). Uravneniia teorii sushki deformiruemykh tverdykh tel. Promyshlennaia teplotekhnika, 7 (6), 20.
Lutcik, P. P. (1984). Massotermicheskoe deformirovanie kapilliarno-poristykh kolloidnykh tel v protcessakh sushki. Teplomassoobmen – VII. Vol. 6. Minsk: ITMO AN BSSR, 90.
Haivas, B. I. (2010). Pro opys lokalnoho stanu kapiliarno-porystykh ta shchilno upakovanykh zernystykh materialiv v protsesi sushinnia. Chastyna I. Modeliuvannia ta informatsiini tekhnolohii. Kyiv: Instytut problem modeliuvannia v enerhetytsi im. H.Ie. Pukhova NAN Ukrainy, 57, 95–104.
Haivas, B. I. (2010). Kliuchova systema rivnian dlia doslidzhennia protsesu sushinnia porystykh til. Chastyna 2. Modeliuvannia ta informatsiini tekhnolohii. Kyiv: Instytut problem modeliuvannia v enerhetytsi im. H. Ye. Pukhova NAN Ukrainy, 58, 116–125.
Haivas, B. (2010). Matematychne modeliuvannia konvektyvnoho sushinnia materialiv z urakhuvanniam mekhanotermodyfuziinykh protsesiv. Fizyko-matematychne modeliuvannia ta informatsiini tekhnolohii. Lviv: TsMM IPPMM im. Ya.S. Pidstryhacha NAN Ukrainy, 12, 9–37.
Hayvas, B., Torskyy, A., Chapla, Y. (2012). On an approach to solution of problems of porous bodies drying. Fizyko-matematychne modeliuvannia ta informatsiini tekhnolohii. Lviv: TsMM IPPMM im. Ya.S. Pidstryhacha NAN Ukrainy, 16, 42–51.
Haivas, B., Boretska, I. (2011). Vplyv rezhymu sushylnoho ahenta na osushennia porystykh til. Kompiuterni tekhnolohii drukarstva, 26, 231–240.
Romankov, P. G., Rashkovskaia, N. B. (1968). Sushka vo vzveshennom sostoianii. Lvіv: Khimiia, 360.
Teplitckii, Iu. S. (2002). Diagramma fazovogo sostoianiia dispersnoi sistemy s voskhodiashchim potokom gaza. Inzhenerno-fizicheskii zhurnal, 75 (1), 117–121.
Kalenderian, V. A., Karnaraki, V. V. (1982). Teploobmen i sushka v dvizhushchemsia plotnom sloe. Kyiv: Vishcha shkola, 160.
Buevich, Iu. A., Bugkov, V. V. (1978). O sluchainykh pulsatciiakh v grubodispersnom psevdoozhizhennom sloe. Inzhenerno-fizicheskii zhurnal, 35 (6), 1089–1097.
Buevich, Iu. A., Korolev, V. N. (1991). Obtekanie tel i vneshnii teploobmen v psevdoozhizhennom sloe. Sverdlovsk: Izd. Uralskogo universiteta, 188.
Nagornov, S. A. (2002). Upravlenie protcessami perenosa teploty v neodnorodnykh psevdoozhizhennykh i vibrotcirkuliatcionnykh sredakh. Tambov: GNU VIITKN, 101.
Razumov, I. M. (1972). Psevdoozhizhenie i pnevmotransport sypuchikh materialov. Moscow: Khimiia, 240.
Antonishin, N. V., Geller, L. A., Ivaniutenko, I. I. (1982). Teploperedacha v psevdoturbulentnom sloe dispersnogo materiala. Inzhenerno-fizicheskii zhurnal, 43 (3), 360–364.
Kheifetc, L. I., Neimark, F. M. (1982). Mnogofaznye protcessy v poristykh sredakh. Moscow: Khimiia, 320.
Akulich, P. V., Milittcer, K. U. (1998). Modelirovanie neizotermicheskogo vlagoperenosa i napriazhenii v drevesine pri sushke. Inzhenerno-fizicheskii zhurnal, 71 (3), 404–411.
Shubin, G.S. (1985). Sushka i teplovaia obrabotka drevesiny. [Extended abstract of Doctoral thesis].
Shimanskii, V. M. (2015). Matematichne modeliuvannia neіzotermіchnogo vologoperenesennia ta v’iazkopruzhnogo deformuvannia u seredovishchakh z fraktalnoiu strukturoiu. [Extended abstract of PhD thesis].
Sokolovskii, Ia. І., Shimanskii, V. M. (2011). Dvovimіrna matematichna model vologoperenosu u kapіliarno-poristikh materіalakh z fraktalnoiu strukturoiu. Naukovii vіsnik NLTU Ukraini, 21 (2), 341–348.
Voronov, V. G., Mikhailetckii, Z. N. (1982). Avtomaticheskoe upravlenie protcessami sushki. Kyiv: Tekhnika, 109.
Gayvas, B., Markovych, B., Dmytruk, A., Havran, M., Dmytruk, V. (2024). The methods of optimization and regulation of the convective drying process of materials in drying installations. Mathematical Modeling and Computing, 11 (2), 546–554. https://doi.org/10.23939/mmc2024.02.546
Dmytruk, A. (2024). Modeling mass transfer processes in multicomponent capillary-porous bodies under mixed boundary conditions. Mathematical Modeling and Computing, 11 (4), 978–986. https://doi.org/10.23939/mmc2024.04.978
Sokolovskyy, Y., Drozd, K., Samotii, T., Boretska, I. (2024). Fractional-Order Modeling of Heat and Moisture Transfer in Anisotropic Materials Using a Physics-Informed Neural Network. Materials, 17 (19), 4753. https://doi.org/10.3390/ma17194753
Decker, Ž., Tretjakovas, J., Drozd, K., Rudzinskas, V., Walczak, M., Kilikevičius, A. et al. (2023). Material’s Strength Analysis of the Coupling Node of Axle of the Truck Trailer. Materials, 16 (9), 3399. https://doi.org/10.3390/ma16093399
Gayvas, B. I., Markovych, B. M., Dmytruk, A. A., Havran, M. V., Dmytruk, V. A. (2023). Numerical modeling of heat and mass transfer processes in a capillary-porous body during contact drying. Mathematical Modeling and Computing, 10 (2), 387–399. https://doi.org/10.23939/mmc2023.02.387
##submission.downloads##
Сторінки
158-197
Опубліковано
березня 31, 2025
Категорії
Авторське право (c) 2025 Bogdana Gayvas, Bogdan Markovych, Anatolii Dmytruk, Veronika Dmytruk
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Деталі щодо доступних видів видань: PDF
PDF
ISBN-13 (15)
978-617-8360-09-2
Як цитувати
Dmytruk, V., Gayvas, B., Markovych, B., & Dmytruk, A. (2025). On the issues of optimization and regulation of the convective drying process of materials in drying units. в V. Dmytruk & B. Gayvas (ред.), DRYING PROCESSES: APPROACHES TO IMPROVE EFFICIENCY (с. 158–197). Kharkiv: ПП "ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР". https://doi.org/10.15587/978-617-8360-09-2.ch5
