بررسي تاثير دوره تناوب تغيير دما در خشك شدن تناوبي خاك رس

Investigation on the effect of period of temperature variation in intermittent drying of clay

فرايند خشك شدن يكي از فرايندهاي پر مصرف انرژي مي باشد كه در صنايع بسياري مانند صنعت سراميك، چيني و ساختمان نقش پررنگي دارد. محصولات اين صنايع اغلب داراي هندسه سه بعدي پيچيده مي باشند. تغيير شكل غير يكنواخت محصول در فرايند خشك شدن مي تواند باعث ايجاد ترك و غير قابل استفاده بودن محصولات خشك شده شود. خشك كردن تناوبي يك راهكار موثر براي بهبود سينتيك خشك شدن و كيفيت قطعات خشك شده مي باشد. تعيين زمان شروع تناوب، دوره و دامنه تناوب چالش هاي اصلي در فرايند خشك شدن تناوبي مي باشند. هدف اين مقاله بررسي تاثير دوره تناوب تغيير دما در خشك شدن تناوبي خمير رسي برروي سينتيك خشك شدن و تنش هاي خشك شدن مي باشد. فرايند خشك شدن در حالت پيوسته و تناوبي به صورت سه بعدي مدلسازي و به كمك روش المان محدود شبيه سازي شده است. تنش هاي حرارتي و رطوبتي مورد مقايسه قرار گرفته است. مطابقت مناسب متغير هاي متعدد تجربي و شبيه سازي نشان دهنده صحت و درك كامل فرايند خشك شدن توسط مدل ارائه شده است. نتايج شبيه سازي نشان مي دهد كه فركانس تناوب به شدت بر روي تنش هاي خشك شدن موثر مي باشد. تغيير دوره تناوب بسته به خواص ماده و ابعاد قطعه مي تواند باعث افزايش/ كاهش تنش هاي خشك شدن شود. خشك شدن تناوبي اثر متفاوتي بر روي نقاط مختلف قطعه دارد. از اين رو نقاط مستعدد ترك برداشتن بايد به صورت هم زمان مورد بررسي قرار گيرند. تنش هاي حرارتي در مقايسه با تنش هاي رطوبتي بسيار ناچيز هستند و مي توان از مدلسازي آنها در فرايند خشك شدن صرف نظر كرد.

Drying process is one of the intensive energy operations in many industries such as tile and clay brick manufacturing industries. Cracking as a result of non-uniform deformation is one of the defects that may occur during drying making the dried products useless. Intermittent drying is an effective strategy for improving the drying kinetics and the quality of the dried parts. Proper selection of intermittent drying parameters including the period, amplitude and the start time of variation are the main challenge in the drying. The purpose of this paper is to examine the effect of the period of temperature variation on the drying kinetics and induced stresses in the intermittent drying of clay-like material. 3D modeling and simulation of continous and intermittent drying has been done by using finite element method. Moisture and thermal stresses are compared with each other. Good agreement between experiments and the simulation results revealed that the model developed is valid and accurate. Simulation results show that the stresses induced by drying are heavily influenced by the frequency of variation. The change of the Frequency variations depending on the material properties and sample dimensions can decrease/increase the drying induced stresses. Intermittent drying has a different effect on the different points of the samples. Hence, the points susceptible to crack formation must be investigated simultaneously. The thermal stresses are negligible compared to the moisture stresses and can be neglected in modeling drying.