ОПТИМИЗАЦИЯ СУШКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ: АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Аннотация

Рассмотрен процесс сушки плоского образца электромагнитным излучением. В качестве исходных соотношений использованы уравнения теории тепломассопереноса А.В. Лыкова. Для учета нелинейного характера процесса массообмена поверхности образца с воздушной средой граничные условия для потоков влаги были приняты в виде закона испарения Дальтона. Построено асимптотическое по времени аналитическое ре-шение начально-краевой задачи, характерной особенностью которого являются стацио-нарность температурного поля Т, квазистационарность поля влагосодержания U и постоянство интенсивности сушки J. Наличие таких признаков позволяет говорить, что здесь мы имеем, по аналогии с конвективной сушкой, первый период сушки, или период по-стоянной скорости. Центральным понятием в полученных соотношениях является установившаяся температура поверхности материала Т_∞, которая является обобщением понятия температуры мокрого термометра на случай электромагнитной сушки. Поставлена и решена задача оптимизации сушки. Целью оптимизации является организация режимов, в которых поле температуры или/и поле влагосодержания близки к однородным. Это соответствует минимизации целевых функций, в качестве которых выбраны абсолютные значения перепадов температуры и влагосодержания между границами пластины |∆Т| и |∆U|. В качестве параметров оптимизации, варьированием которых минимизируются целевые функции, выбраны интенсивность излучения S и его глубина проникновения ∆. Показано, что оптимальный режим следует выбирать в мягком диапазоне, в котором перепады ∆Т и ∆U имеют одинаковые знаки, а жесткий диапазон, в котором эти перепады имеют противоположные знаки, должен быть исключен из рассмотрения. Одна из границ мягкого диапазона отвечает режиму с ∆Т=0, другая граница – режиму с ∆U=0. Разработан алгоритм расчета параметров оптимизации S и ∆, соответствующих данным режимам, что и позволяет организовать сушку внутри мягкого диапазона. В качестве примера использования разработанного алгоритма проведена оптимизация электромагнитной сушки материала с характеристиками кварцевого песка.