Category: история

Category was added automatically. Read all entries about "история".

Картинка моя

Теоретическое обоснование сушки. Наследие А.В.Лыкова.

Продолжение серии статей про холодную сушку и вяление.
В 1932-1935 гг. Алексей Васильевич Лыков много и плодотворно работал над проблемой переноса в коллоидных, капиллярно-пористых телах. Им был разработан новый метод определения теплофизических характеристик влажных материалов. В 1935 г. он обнаружил новое явление - термическую диффузию влаги в капиллярно-пористых телах.

При неизотермическом переносе влаги, когда режим прогрева влажного материала обусловливает появление в нем градиента не только влажности, но и температуры, влага внутри материала будет перемещаться как за счет градиента влажности (явление влагопроводности, или концентрационная диффузия), так и благодаря градиенту температуры (явление термовлагопроводности, или термическая диффузия). Эта фундаментальная работа молодого ученого получила широкую известность в СССР и за рубежом. Она была доложена на секции Лондонского королевского общества и опубликована в его протоколах. В литературе явление термовлагопроводности известно под названием эффекта Лыкова. Оно подобно явлению термодиффузии в газах и растворах (эффект Соре). В 1935 г. А. В. Лыков успешно защищает кандидатскую диссертацию на эту тему.

Движение влаги под действием температурного градиента (термовлагопроводность) в коллоидах и капиллярно-пористых телах представляет собой сложный процесс, который включает следующие явления:

1) молекулярную термодиффузию влаги главным образом в виде молекулярного течения пара, происходящую вследствие разной скорости молекул нагретых и холодных слоев материала;

2) капиллярную проводимость, обусловленную изменением капиллярного потенциала, зависящего от поверхностного натяжения, которое с повышением температуры уменьшается, а поскольку капиллярное давление над вогнутым мениском отрицательно, уменьшение давления повышает всасывающее усилие, вследствие чего влага в виде жидкости уходит от нагретых слоев тела к более холодным;

3) перемещение влаги под действием "защемленного" воздуха, поскольку при нагревании материала воздух в порах расширяется и проталкивает жидкость к слоям с более низкой температурой.

Термовлагопроводность является причиной перемещения влаги по направлению потока тепла. Однако при конвективной сушке создается градиент температуры, противоположный градиенту влажности, что препятствует передвижению влаги изнутри к поверхности материала. Но если направления градиента влажности и температурного градиента совпадают, то совпадают и направления соответствующих потоков влаги, которые в сумме дают общий поток влаги. Введенный А. В. Лыковым термоградиентный коэффициент показывает, какой перепад влагосодержания создается в материале при перепаде температуры, равном 1град.С.

А. В. Лыковым показано, что термоградиентный коэффициент зависит от влажности материала, т. е. от термического перемещения влаги, и так же, как и влагопроводность, обусловлен формой связи влаги с материалом.

На основе явлений влагопроводности и термовлагопроводности А. В. Лыков раскрыл механизм усадки и растрескивания материала в процессе сушки, а также переноса водорастворимых веществ и показал, что основным препятствием для быстрой сушки многих материалов является их растрескивание. Причиной появления трещин (локальное разрушение), а также полного разрушения (потеря целостности структуры) является развитие объемного напряженного состояния сушимого материала свыше предельно допустимого, обусловленного прочностью материала. Это напряженное состояние создается недопустимой усадкой, которая в свою очередь возникает в результате неравномерного распределения влагосодержания и температуры внутри материала. Следовательно, основной причиной трещинообразования в процессе сушки является наличие полей влагосодержания и температуры со значительными перепадами этих величин.

Используя эти явления, А. В. Лыков ввел критерий трещинообразования. Зная допустимую величину критерия трещинообразования, всегда можно получить высушиваемый материал высокого качества.

Разработанная А. В. Лыковым теория переноса водорастворимых веществ позволяет регулировать этот процесс. Жидкость во многих материалах содержит в себе растворимые вещества, которые при движении жидкости переносятся с ней и концентрируются на поверхности материала вследствие испарения жидкости. Следует отметить, что для одних материалов это является нежелательным, а для других технологических процессов и материалов - необходимым условием.

Особенно эффективным методом управления переносом вещества является изменение температурного градиента внутри материала. Изменяя величину и направление Δt, можно создать разнообразные условия для перемещения влаги и тем самым воздействовать на физико-химические и биологические свойства материала.

А. В. Лыковым были созданы экспериментальные методы определения удельной массоемкости, потенциалов переноса влаги, коэффициентов влагопроводности и термовлагопроводности.