干燥介质及木材性质对板材常规干燥速率影响的扩散数学模型

简述了木材干燥水分扩散数学模型的研究背景,基于实验研究建立了木材常规干燥的扩散数学模型,模型中主要考虑了木材结合水与水蒸气的扩散机制.通过扩散数学模型的分析求解,可以解释板材的变异性(如板材厚度、含水率、板型等)及干燥介质状态参数对干燥过程的影响.     

干煤介质及木材性质对板材常规干燥速率影响的扩散数学模型

简述了木材干燥水分扩散数学模型的研究背景,基于实验研究建立了木材常规干燥的扩散数学模型,模型中主要考虑了木材结合水与水蒸气的扩散机制。通过扩散数学模型的分析求解,可以解释板材的变异性(如板材厚度、含水率、板型等)及干燥介质状态参数对干燥过程的影响。     

木材内部水分扩散特性研究现状及发展趋势

扩散是水分在木材内部移动的一种重要途径。文中围绕木材内部水分的扩散机理、测试方法及其影响因素3个方面阐述水分扩散的驱动力类型及其在木材内部的基本移动路径,总结稳态和非稳态水分扩散系数的测试及计算方法;综述树种、早/晚材、心/边材、幼龄/成熟材等因素对水分扩散特性的影响机制;归纳木材含水率、温度等因素对木材内部水分扩散的作用规律;结合国内外关于水分扩散的研究现状,指出一些亟待解决的问题,以期为木材干燥、木结构建筑、木质包装材料的研究与应用提供参考。     

基于非稳态法测定木材水分扩散系数

锯材在纤维饱和点以下干燥时,水分的迁移过程主要是以非稳态扩散形式进行的,非稳态扩散指木材内部的水流通量和含水率梯度随时间和空间而变化。为了给木材干燥提供依据,采用非稳态法在一定的试验条件下测定了木材的水分扩散系数,探讨了不同材种、干燥介质温度、初始含水率、纹理方向对扩散系数的影响。结果表明:扩散系数与树种有一定的关系,通过比较,樟子松的扩散系数为7.06×10~(-6)cm~2/s,杨树的扩散系数为9.61×10~(-6)cm~2/s,杨树的扩散系数大于樟子松的扩散系数;在纤维饱和点以下,初始含水率30%时樟子松的木材水分扩散系数为7.54×10~(-6)cm~2/s,25%时为7.06×10~(-6)cm~2/s,20%时为6.61×10-6cm~2/s,15%时为6.37×10~(-6)cm~2/s,初始含水率越高,水分扩散系数越大;在相同条件下,干燥介质的温度为90℃、80℃、70℃、60℃、50℃时,对应的樟子松木材水分扩散系数分别为8.04×10~(-6)cm~2/s、7.32×10-6cm~2/s、6.63×10~(-6)cm~2/s、5.94×10~(-6)cm~2/s、4.91×10~(-6)cm~2/s,扩散系数随着温度的升高而增大;在不同的纹理方向,木材水分扩散系数不同,樟子松纵向、径向、弦向的扩散系数分别为7.06×10~(-6)cm~2/s、3.63×10-6cm~2/s、2.14×10~(-6)cm~2/s,由大到小依次为纵向、径向、弦向。     

木材干燥预热过程的水分流和热流分析

本文将非平衡态热力学的水分流和热流线性耦合方程应用于多孔介质 (木材 )的干燥预热过程 ,从机理上分析了其水分流和热流的特性 ,同时运用在预热样品边界上积分的方法求解耦合流方程 ,针对木材干燥预热过程进行了具体计算 ,所得的有关结论与以往的实验结论相吻合。这一结果表明线性流耦合方程是研究多孔介质干燥过程中水分流和热流的特性及其相互作用规律的有效方法 ,既可揭示耦合过程中流的本质又可对其进行定量描述。因Soret效应预热过程中存在着进入木材内的水分热扩散流 ,预热结束后木材含水率将有所增加 ,而水分和热量的输运主要集中在预热开始的前 2h内。本文关于木材干燥预热的一些结果 ,可用于木材干燥预热的生产实际中     

樟子松木材高温干燥过程中水分的非稳态扩散和干燥能耗的研究

为更加高效广泛地利用樟子松材,对不同初含水率(IMC)的木材进行高温干燥试验。探究相同厚度下不同初含水率木材高温干燥能耗。并依据非稳态扩散理论,在一定的实验条件下探讨不同初含水率对水分径向扩散系数的影响。结果表明:初含水率越高,扩散系数越大,在纤维饱和点附近达到最大值。当含水率在纤维饱和点以下时,水分扩散系数随着初含水率的增加而增大;而当木材含水率在纤维饱和点以上时,其扩散系数基本保持恒定。樟子松材高温干燥过程中,干燥时间越长,能耗越大;不同初含水率试件干燥结束时的能耗不同,初含水率越高,高温干燥过程用时越长,能耗越大。木材干燥过程中依据含水率的差异进行分级干燥可以达到节能的目的。     

木材对流干燥热质传递模型的研究

提出了描述木材对流干燥热质传递的模型。模型包括干燥过程中水分迁移的毛细作用和扩散作用。采用白桦和兴安落叶松试材实验验证了模型的准确性和可行性，结果表明：计算结果与实验吻合较好。     

马尾松木材在高温干燥中的水分扩散性

对马尾松木材在高温干燥过程中的水分非稳态扩散进行了研究 ,结果表明当含水率高于纤维饱和点时 ,水分扩散系数随含水率的降低而增加 ;当含水率低于纤维饱和点时 ,水分扩散系数随含水率的下降而减少。马尾松木材的径向扩散系数大于弦向扩散系数。随着温度的升高和相对湿度的降低 ,木材的横向水分扩散系数增大     

木材微波干燥内部压力对水分移动的影响

在微波干燥过程中,能量是以电磁波的形式直接渗透到木材的内部,并通过微波电磁场与水分子及木材中极化分子(羟基)的相互作用而迅速产生大量的热,导致木材内水分移动机理与常规干燥很大的不同。实验结果表明:微波干燥过程中,存在内高外低的压力场,内中蒸汽压力是水分移动的驱动力。     

微波干燥木材的应用

对木材进行干燥处理,使其含水率达到一定的使用要求是保证木制品质量的重要手段,因此在使用前都要进行干燥。当前,一般是采用热空气加热木材的传统干燥方法,这种方法,不管其热源方式如何,都是用热空气从外部加热木材,使其表面水分蒸发,形成表面和内部含水率梯度,促使水分由内向外扩散达到干燥木材的目的。若使表面蒸发速度与内部扩散速度相平衡,木材加热均匀、温湿度适当,木材就能快速干燥。因此,在干燥木材时,为抑制初期表面水分扩散,应采用高温高湿的方法增加导热系数,但因木材本身导热性能差,这种方法很难实现。１微波干…     

兴安落叶松木材干燥前后化学成分变化的初步研究

在拟定的汽蒸高温干燥基准下,采用传统化学分析和气相色谱分析方法,研究了兴安落叶松木材干燥前后化学成分的变化情况。结果表明:木材汽蒸高温干燥过程,不仅会发生水分扩散等物理变化,而且也会发生木素-碳水化合物复合体(LCC)中木素与半纤维素之间的化学联接松弛和断裂,以及半纤维素降解等化学变化。这是由于半纤维素中的乙酰基脱落生成醋酸,使木材酸度增加,由木材自身造成了一种温和的弱酸水解环境。因此,木材汽蒸高温干燥处理,是一种物理和化学的综合过程。     

小试件预测板材在干燥过程中的含水率—非稳态水分扩散规律的应用

利用木材中的非稳态扩散原理及其近似计算公式预测板材的含水率 ,方法是先测出该种板材的小试件在干燥过程中的含水率 ,计算出平均扩散系数 ,再利用该扩散系数计算出板材在干燥过程中各个相应时间内的含水率     

木材导热系数的研究

本文运用非平衡态热力学线性理论分析了含水率在纤维饱和点以下木材的传热,结果表明木材中的水蒸汽和束缚水参与了传热,木材导热系数由传导导热系数与因水蒸汽和束缚水扩散产生的两个等效导热系数组成。推广Siau关于木材细胞的导热理论,依据水分吸附和扩散的原理,导出了木材弦向和径向导热系数计算公式,与已发表的36种气干材弦向实验值和23种气干材径向实验值符合较好。分析木材径向传热的方法也适用于木材纵向传热。     

木材干燥导水系数和换水系数的研究

木材(板、方材)的导水系数和换水系数是反映木材干燥或存放过程中水分迁移的重要物性参数。然而,我国对木材导水系数和换水系数的研究和测定工作十分有限。木材干燥有关的理论计算中,常用原苏联的数据。由于这些数据本身可能存在的误差及用于我国树种的可靠程度难以估计,故使理论结果的实际运用受到限制。本文采用等厚试件系数分离法研究和测定了木材干燥过程动态导水系数和换水系数。     

超声波预处理对桉木干燥时间的影响

以巨尾桉(Eucalyptus grandis×E.urophylla)木材为试材,在功率为340 W,频率为25和59 k Hz的条件下,分别进行30、60和90 min的超声波预处理,对比分析超声波预处理对桉木干燥时间的影响。结果表明,试材的干燥速率和水分扩散系数,均随超声波频率提高、预处理时间增加而增大;尤其当含水率在纤维饱和点以上时,超声波预处理对试材干燥时间的缩短效果更明显。     

木材真空-浮压干燥特性的试验研究

以马尾松为试验材料 ,首先分别以过热蒸汽和空气作为干燥介质 ,在预热阶段通过对木材内部温度场和含水率变化的测定 ,探讨了木材真空 -浮压干燥预热阶段的特性 ;然后 ,通过对干燥介质条件与干燥速率之间影响关系的研究 ,总结出木材真空 -浮压干燥的特性。结果表明 :真空 -浮压干燥预热阶段进行得非常迅速 ,同时其表面水分的凝结量也较空气干燥大 ;木材的浮压干燥速率随着干燥介质温度的增加、绝对压力的减小和浮动频率的加大而增加。上述因素中对干燥速率影响程度从大到小的排列顺序为 :介质温度 (T) >压力浮动频率 (Hz) >绝对压力 (P)     

木片散堆碎料水分迁移系数的研究

本文首次提出利用梯度转换法,实验测定动态传质控制方程中的质扩散系数及传质边界条件中的质交换系数,求算了表面以下蒸发界面深度及其对蒸发速率与相对蒸发深度的关系。实验表明,多孔物料表面下的相对蒸发深度在1%以下时,对质迁移率的影响极为显著。质交换系数也是蒸发界面深度的函数。质扩散系数是含水率的函数。本文采用变系数分段线性化的方法,利用质扩散方程的解析解验算了所求出的质扩散系数、质交换系数及蒸发界面深度的可靠性。理论验算表明,无量纲质迁移势的理论值与实验值之间的相对误差不大于6%,从而说明,利用梯度转换法测定木片料床的质迁移系数的方法是可行的。     

竹材热压干燥过程中的水分迁移特性研究

研究了竹材热压干燥过程中的水分迁移特性.结果表明:在整个干燥过程中,前期含水率降低较快,后期含水率降低较慢.竹材平均干燥速度与次表层竹材的干燥速度相近;在含水率较高的干燥初期,水分迁移的阻力在竹材表面,水分迁移主要靠毛细管张力作用;在含水率较低的干燥后期,水分迁移的阻力在竹材内部,水分迁移主要以扩散方式进行,干燥速度取决于木材内部水分移动的速度.竹材热压干燥过程中的水分移动,主要受温度梯度和含水率梯度的共同作用.     

有限差分法逆求木材导热系数

【目的】提出一种基于有限差分法逆求木材导热系数的方法，以期弥补传统测量法设备复杂、价格高昂的不足，为后续建立导热系数的回归方程提供可靠数据。【方法】运用一维热传导控制方程描述木材升温过程中内部温度变化。以兴安落叶松弦切锯材为对象，通过试验获得锯材沿厚度方向的温度数据(温度检测：使用NEC Remote Scanner Jr． DC3100多点信号巡检仪通过埋入锯材的 T形热电偶获得)，采用有限差分逆求法，合理化边界条件后编程求解其在不同含水率、不同温度下的径向导热系数(其中，控制方程离散后的导热系数差分矩阵采用追赶法求解，所有差分方程均在 Matlab2010b软件编程并运行)，探讨并分析其随含水率、温度的变化规律。【结果】1)兴安落叶松锯材径向导热系数计算值沿厚度方向存在一定波动性，但其平均值0.1061 W·m －1 K －1(标准差0.0108)符合实际要求，且与理论计算值(0.1109，0.1252W·m －1 K －1)较为接近；2)含水率、温度对导热系数影响显著，且前者影响高于后者(含水率与温度的 F－检验分别为126.9421，99.0083)；含水率、温度共同作用对导热系数亦存在显著影响(交互作用的 F －检验为164.2975)；导热系数随含水率的升高而增大，随温度的升高亦增大；3)木材材性与内部含水率分布对导热系数的影响较大。【结论】通过试验获得木材内部可靠的温度分布与变化数据后，运用有限差分逆求法可快速、准确获得内部与测温点相对应位置的导热系数，尽管计算值存在一定波动性，但其平均值与理论计算值相吻合，说明运用该方法测算木材导热系数是可行的。相比传统导热系数测量方法，该方法最大优势在于经济且不受试样尺寸限制；同时，可以测算试样内部任意层位置导热系数。今后为提高测算精度，木材内部由于水分迁移产生的热量变化与材性差异应考虑使用该方法；同时，为推广此方法，将程序可视化亦是今后研究的方向。     

樟子松木材干燥过程传热传质多尺度单元表征模型

了解木材干燥过程中的水分迁移和热量传递规律有助于提高木材的干燥质量,改善干燥工艺,节约能源。以樟子松(Pinus sylvestris)为材料,建立能够较准确模拟木材干燥过程中含水率和温度分布变化的多尺度单元表征模型,模型由宏观尺度上3个耦合方程——2个水分扩散方程和1个热量平衡方程,以及微观尺度上的单个细胞水分迁移的平衡方程组成。解析模型的过程为:分析初始条件和边界条件、有限元网格的生成、方程离散化、查找相应物性参数、MATLAB软件编程求解。最后通过试验分析验证了建立的多尺度模型的准确性:在80℃进行切片称质量法和容积密度法试验值和模拟值的比较,2种方法的试验值与模拟值之间均没有显著性差异(P0.05),表明2种方法都可以反映出模拟值的准确性;切片称质量法P0.5,容积密度法P0.5,表明容积密度法与模型结果更加吻合。用容积密度法进行40,60和80℃下试材平均含水率的变化试验,比较试验结果和模拟值,两者吻合较好,证明多尺度单元表征模型可以反映出干燥的传热传质行为。