Дослідження процесу сушіння обмазки зварювальних електродів методом математичного моделювання

Abstract

На підставі спрощеної моделі масопровідності розроблена математична модель процесу сушіння обмазки зварювальних електродів. Модель враховує процес зневоднення в зонах із постійною і зі спадаючою швидкістю сушіння і побудована на отриманні аналітичного рішення нестаціонарної задачі масопровідності з граничними умовами третього роду для сушіння трубчастих тіл циліндричної форми. Адекватність даної математичної моделі порівнювалася з виконаними автором експериментальними дослідженнями сушіння рутилової обмазки зварювальних електродів. Математична модель спрощена. При розробленні математичної моделі прийняті такі допущення: випаровування вологи з торців обмазки відсутнє; вологий матеріал обмазки є капілярно-пористим тілом і рідина вільно переміщується всередині пористої структури; випаровування рідини відбувається тільки на зовнішній поверхні тіла, а швидкість процесу випаровування визначається теплотою, що підводиться до поверхні тіла; температура вологого тіла в будь-який момент часу однакова по його товщині; Модель розроблена в полярних координатах. Вважалося, що обмазка зварювальних електродів є правильним геометричним тілом (циліндром), в якому при сушінні концентрація вологи змінюється тільки за однією координатою. Граничні умови записані у вигляді граничних умов третього роду (у вигляді рівнянь конвективної масовіддачі) від поверхні вологого тіла в навколишнє середовище. Результати роботи можуть бути використані для числового розрахунку тривалості сушіння капілярно- пористих тіл циліндричної форми, таких, як наприклад, локшина, та визначення вмісту вологи в них у процесі сушіння.

Based on the simplified model of mass conductivity, a mathematical model of the process of drying the welding of electrodes was investigated. The model takes into account the dewatering process in zones with constant and waning drying rate and is based on obtaining an analytical solution of the non-stationary problem of mass conductivity with boundary conditions of the third kind for drying tubular bodies of cylindrical shape. The adequacy of this mathematical model was compared with the experiments carried out by the author of the drying of the routile coating of the welding electrodes. The mathematical model is simplified. When developing a mathematical model, the following assumptions were made: moisture evaporation from the coating ends is absent; The wet coating of the welding electrodes is a capillaryporous body, and the liquid moves freely within the porous structure; the evaporation of a liquid occurs only on the outer surface of the body, and the rate of the evaporation process is determined by the heat supplied to the surface of the body; the temperature of a wet body at any time is the same in thickness; The model is made in polar coordinates. It was believed that the welding of electrodes is a regular geometric casing (cylinder), in which, during drying, the moisture concentration changes only in one coordinate. The boundary conditions are written in the form of boundary conditions of the third kind (in the form of equations for the return of convective mass) from the surface of the wet body to the environment. The results of the work can be used for numerical calculation of the duration of drying of capillary-porous bodies of cylindrical shape (eg pasta) and determination of moisture content in them during the drying process.

На основании упрощенной модели массопроводности разработана математическая модель процесса сушки обмазки сварочных электродов. Модель учитывает процесс обезвоживания в зонах с постоянной и с падающей скоростью сушки и построена на получении аналитического решения нестационарной задачи массопроводности с граничными условиями третьего рода для сушки трубчатых тел цилиндрической формы. Адекватность данной математической модели сравнивалась с выполненными автором экспериментальными исследованиями сушки сварочных электродов с рутиловым покрытием. Математическая модель упрощена. При разработке математической модели приняты следующие допущения: испарение влаги с торцов обмазки отсутствует; влажный материал обмазки является капиллярно- пористым телом и жидкость свободно перемещается внутри пористой структуры; испарение жидкости происходит только на внешней поверхности тела, а скорость процесса испарения определяется теплотой, подводимой к поверхности тела; температура влажного тела в любой момент времени одинакова по его толщине; Модель разработана в полярных координатах. Считалось, что обмазка сварочных электродов является правильным геометрическим телом (цилиндром), в котором при сушке концентрация влаги меняется только по одной координате. Граничные условия записаны в виде граничных условий третьего рода (в виде уравнений конвективной массоотдачи) от поверхности влажного тела в окружающую среду. Результаты работы могут быть использованы для численного расчета продолжительности сушки капиллярно-пористых тел цилиндрической формы (например макарон) и определения содержания влаги в них в процессе сушки.