Вестник МГТУ, 2023, Т. 26, № 3.

Шокин Г. О. и др. К вопросу о совершенствовании математической модели процесса пиролиза. контроля плотности теплового потока, формируемого от внешнего источника каким-либо электрофизическим методом. Примером реализации такой схемы могут служить инфракрасные дымогенераторы, в которых слой топлива нагревается за счет поглощенного излучения, а также СВЧ-дымогенераторы, в которых нагрев древесины происходит под действием электромагнитных полей сверхвысоких частот (Shokin et al., 2021; Шокина и др., 2011). Дополнительным преимуществом дымогенераторов с внешним теплообразованием является возможность математического моделирования процесса пиролиза и создания на основе математической модели компьютерной программы для прогнозного расчета температуры топлива в любой момент пиролиза. Разработка такой модели позволит оперативно и в автоматическом режиме корректировать эксплуатационные параметры дымогенерации для снижения риска образования канцерогенных ПАУ вследствие превышения оптимальной температуры. В ходе ранее проведенных исследований предложена система уравнений, описывающих дымогенерацию с терморадиационным энергоподводом в аппарате периодического действия, характеризуемого малой производительностью и предназначенного для обслуживания линии по выпуску не более 1 000 кг копченой продукции в сутки (Шокина и др., 2011). Позднее был разработан аппарат непрерывного действия - ИК-ДГ НД, к достоинствам которого, помимо управления температурой пиролиза в автоматическом режиме, относится производительность по дыму, позволяющая использовать аппарат в поточных высокопроизводительных линиях по выпуску копченой рыбной продукции (ИК-дымогенератор..., 2018). Цель работы - создание математической модели непрерывного процесса ИК-дымогенерации для оптимизации его температурных режимов и повышения канцерогенной безопасности вырабатываемого коптильного дыма. Задачи исследования: 1. Уточнить теплофизические характеристики насыпного слоя древесного топлива для дымогенерации - древесных опилок с различной влажностью и насыпной массой от 154 до 158 кг/м3 - с использованием разработанного ранее метода импульсного теплового контроля (Puls Normal NDT) (ИК-дымогенератор..., 2018 ). 2. Провести прогнозный расчет температуры пиролиза топлива в ИК-ДГ периодического действия с учетом уточненных ТФХ слоя топлива и сравнить результаты с данными, полученными ранее в реальном процессе. 3. Предложить усовершенствованное математическое описание непрерывного процесса дымогенерации в ИК-ДГ НД, учитывающее его особенности. 4. Определить направления дальнейших исследований. Материалы и методы Объектами исследования при определении теплофизических характеристик (коэффициент теплопроводности, объемная теплоемкость, коэффициент температуропроводности) слоя топлива для дымогенерации являлись коммерческие образцы опилок лиственных пород древесины (ольхи, груши и яблони) с насыпной плотностью от 154 до 158 кг/м3, фасованные в потребительскую упаковку массой нетто 0,5 кг и предназначенные для копчения пищевых продуктов. Объектом исследования при оценке изменения погрешности ранее разработанной математической модели периодического процесса дымогенерации с терморадиационным энергоподводом являлся опытно­ промышленный образец (рис. 1) ИК-дымогенератора периодического действия повышенной производительности (усовершенствованная модель) ИК-ДГ 2(у), подробная характеристика которого приведена в (Коробицын, 2008; Шокина и др., 2011). В аппарате реализован принцип терморадиационного нагрева древесного топлива - слоя опилок лиственных пород древесины различной насыпной плотности толщиной 60 мм. Поддержание температуры пиролиза топлива на требуемом уровне осуществляется как за счет увлажнения опилок перед загрузкой в дымогенератор (мера предварительного увлажнения опилок оценивается их относительной влажностью, диапазон варьирования показателя - от 40 до 60 %), так и непосредственно в процессе дымообразования - за счет так называемой "избыточной влаги" (диапазон варьирования от 10 до 50 % от массы предварительно увлаженных опилок), поступающей к слою топлива через перфорированное фальш-дно, предусмотренное конструкцией аппарата в ваннах для пиролиза (носители топлива). Периодический процесс ИК-дымогенерации характеризуется наличием непроизводительного периода нагрева опилок до начала дымообразования (оценивается достижением температуры тонкого поверхностного дымообразующего слоя опилок температуры начала пиролиза древесины 280°) длительностью от 10 до 20 мин в зависимости от изменяемых параметров процесса, а именно: насыпной плотности и начальной влажности опилок, а также количества добавляемой к опилкам "избыточной влаги". Перезагрузка аппарата топливом осуществляется по мере его расходования периодически оператором вручную. Достоинствами ИК-ДГ 2(у) являются возможность 318