微波干燥过程中木材内部水分移动机理初探

该文通过测定木材微波干燥过程中内部的温度、压力和分层含水率,着重研究了在微波干燥过程中木材内部温度、水蒸气压力和水分分布状态与变化情况.通过对其相互关系的理论分析,得出了以下研究结果:在微波干燥过程中,木材内的温度分布比较均匀,但在干燥的后期,木材内温度分布的不均匀性有加大的趋势;随着干燥的进行,木材内部含水率梯度逐渐减小,含水率分布更加均匀;在木材干燥的初期,木材表面有水分“积聚”现象;在功率1000W条件下,测定规格300mm×100mm×60mm试材内部压力,纤维长度方向木材内部最大压差为20.1kPa,厚度方向木材内部最大压差为17.9kPa,表明木材微波干燥过程中在厚度和长度方向分别存在明显的蒸汽压力梯度.     

微波真空干燥过程中木材内的水分迁移机理

该文以马尾松木材为研究对象，对微波真空干燥过程中木材内部的含水率分布进行了研究，首次阐述了微波真空干燥过程中木材内部的水分迁移机理.研究结果表明:在微波真空干燥过程中，木材内部的含水率分布比较均匀，在厚度方向没有明显的整体性含水率梯度，特别是在干燥的后期，木材内部的含水率分布更加均匀；当含水率在纤维饱和点(FSP)以上时，木材中的自由水和水蒸气在压力梯度的作用下以渗透流的形式在木材内部迁移；当含水率在FSP以下时，木材中的水分在压力梯度的作用下以水蒸气的形式向木材表面迁移；因热扩散、含水率梯度引起的水分迁移可以忽略不计.      

马尾松木材微波干燥特性的研究

研究了马尾松Pinus massoniana木材微波干燥速度、温度梯度和含水率梯度随时间的变化规律。实验结果表明,微波连续干燥过程明显分为加速段、等速段和减速段3个阶段,等速段在整个干燥过程中占的比例最大。微波干燥过程中,温度的变化大致分为初期升温,等温和后期升温3个阶段,初期升温和等温阶段木材内温度分布比较均匀,后期升温阶段木材内的温差逐渐增大。微波干燥过程中,在整个横断面上,木材初含水率梯度没有被加大,而是被均匀化,甚至还出现木材表面含水率提高的情况。图6参10     

核磁共振技术在分析木材微波干燥过程中水分移动的应用

在马尾松木材微波干燥水分迁移试验中,利用核磁共振技术测量微波干燥过程中T2弛豫时间和MRI成像图,以及各干燥阶段温度和压力分布,分析了水分含量变化和迁移动力。结果表明,木材含水率在纤维饱和点以上时,水分移动的主要驱动力应该是温度引起的水蒸汽压力梯度,它使木材中水分以蒸汽的形式排出,相对来讲含水率梯度则影响较小,干燥过程呈现等速干燥。在纤维饱和点以下时,微波干燥过程水分移动的主要驱动力为水蒸汽压力梯度,木材内含水率浓度梯度对水分移动也具有一定的影响。     

木材中非等温水分迁移的研究

为研究微波真空等高强度干燥过程中,温度梯度对木材中水分迁移的影响程度,该文通过试验测定了封闭马尾松木材试件在短期温度梯度作用下,木材内部温度场和含水率场的分布,含水率梯度与温度梯度比值的大小（dM/dT）及其影响因素. 试验结果表明:在短期温度梯度的作用下,木材内部的水分会从热端向冷端迁移,使冷端的木材含水率高于热端,形成方向相反的温度梯度场和含水率梯度场,且dM/dT在0.9%/℃以下;木材内温度、初始含水率和作用时间是影响dM/dT的重要因素;随着木材温度和初始含水率的增加,木材中的dM/dT越大;随着作用时间的延长,木材中的dM/dT增加.      

利用低场核磁共振技术研究木材微波干燥过程中的水分状态与迁移

本文以榆木(Elm)为试材,利用低场核磁共振技术,通过分析试件在各含水率阶段的分层含水率和横向弛豫时间T2,研究经微波干燥木材中水分的状态和迁移规律.研究表明:初含水率为50％的试件存在3种状态水,分别是结合水和存在于不同位置的两种自由水.含水率干燥到纤维饱和点以上时,主要进行自由水移动和向结合水的转化过程,自由水的T2值减小,结合水的T2值增大,厚度方向存在内高外低的含水率梯度场;当含水率干燥到20％以下时,不存在自由水,结合水的T2值随着含水率的降低而减小,木材内水分分布相对均匀,随着微波功率的增加,出现内层含水率低于表层的情况.     

微波真空干燥过程中木材内部的温度分布

该文以马尾松木材为研究对象,对微波真空干燥过程中木材内部的温度分布进行了研究.结果表明:在一定的辐射功率（160 kW/m3）和厚度（60 mm）范围内,木材内的温度分布比较均匀,基本不呈现出整体性的温度梯度;在干燥的后期,木材内温度分布的局部不均匀性有加大的趋势;在微波真空干燥过程中,木材内部的温度差是由于微波场和湿木材本身不同部位介电特性的差异引起的,这种不均匀性以局部的形式存在于木材中.      

中密度纤维板微波预热后板坯内水分和温度的分布

研究了微波预热对中密度纤维板板坯中水分和温度分布规律的影响.结果表明:微波预热处理使板坯形成表层含水率高,芯层含水率低的含水率梯度,减小预压高度、增加微波预热时间、适当调高板坯初含水率有利于在板坯中形成表层含水率略高于芯层的含水率梯度;微波预热处理使板坯形成芯层温度高,表层温度低的温度梯度,形成了驱动内部水分向表层渗透...     

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．     

高频加热对落叶松含髓心方材水分迁移的影响

以横截面120 mm落叶松含髓心方材为研究对象,检测并对比分析了高频-对流干燥与常规对流干燥过程中,试材含水率及其沿厚度方向分布的变化,探讨了高频-对流干燥过程中高频复合加热对木材内部水分迁移的影响。结果表明:1干燥过程中在对流加热的同时实施高频加热,干燥速率由单独对流干燥过程中的0.153%/h提高到0.398%/h。2高频加热对水分迁移的促进作用效果,木材纤维饱和点之上随着含水率的降低而增大,纤维饱和点时最强;纤维饱和点之下随着含水率的降低而减弱。3高频加热对含水率分布均匀性的作用效果显著,但随着干燥的进行作用效果减弱。     

大径级火力楠木材干燥特性和干燥工艺研究

采用百度试验法研究木材干燥特性,利用小型木材干燥试验机分别对25 mm和40 mm厚锯材进行常规干燥试验研究锯材干燥工艺基准。结果表明,火力楠木材的百度干燥缺陷程度较轻,初期开裂等级为2,扭曲变形等级为2,截面变形等级为1,内裂等级为1;木材的干燥速度中等,等级为3。木材含水率为15%时的密度为0.679 g·cm^-3,属中等。木材的差异干缩很小,干燥过程产生开裂的趋势较小。采用制定的干燥基准对锯材进行常规干燥,25 mm厚锯材从初含水率87.9%干至终含水率9.1%,干燥用时169.0 h (7.0 d),平均干燥速率0.47%·h^-1;40 mm厚锯材从87.5%干至8.5%,干燥用时341.0 h (14.2 d),平均干燥速率0.23%·h^-1。2种厚度干燥锯材的平均最终含水率、干燥均匀度、厚度上含水率偏差、残余应力以及可见干燥缺陷方面的指标,均达到了国家标准规定的锯材干燥质量二级及以上级别的要求。本研究编制的2种厚度火力楠锯材的干燥基准合理,可为实际木材的干燥生产提供科学依据。     

木材微波加热过程中的表面温度和干燥速度

测定并分析了不同微波加热功率，加热时间条件下木材的表面温度、干燥度和含水率的变化规律。结果表明：微波加热功率是影响木材表面温度和干燥速度的主要因素，在不同的微波加热功率下木材表面温度随加热时间的延长而增加，木材含水率随加热时间的延长而减少。微波加热过程中木材温度达到或超过木素和半纤维素的软化温度。     

30 mm厚斜叶桉锯材常规间歇干燥基准

  目的  产自澳大利亚的斜叶桉木材渗透性极低,常规干燥过程中极易开裂、皱缩,难以保证质量。本研究在常规干燥工艺中引入间歇处理,制定常规间歇干燥基准,缩短斜叶桉锯材干燥时间的同时提升其干燥质量。  方法  采用100 ℃试验法测定斜叶桉木材干燥缺陷等级,拟定干燥初终期条件。结合Keylwerth研究,用图表法得到初步常规干燥基准,干燥30 mm厚斜叶桉锯材。根据干燥初期锯材表面的皱缩程度,设置间歇处理,修订原基准。依据GB/T 6491—2012《锯材干燥质量》,从含水率梯度、弯曲、开裂程度、皱缩等方面评价锯材干燥质量。  结果  本研究中斜叶桉试件平均基本密度为（558 ± 21） kg/m3。综合弦切和径切试件测得的缺陷等级,评定斜叶桉木材干燥缺陷等级为初期开裂4级,内裂5级和截面变形5级。据此拟定30 mm厚斜叶桉锯材常规干燥基准的初始温度为46 ℃,初期干湿球温差为1.5 ℃,后期最高温度为67 ℃。干燥过程中试件平均含水率为37.7%、34.4%和24.4%时,观察到严重皱缩,做了3次间歇处理,处理时长分别为16、8和8 h。试件从61.0%的平均初含水率干燥到10.8%的终含水率,共耗时20 d,平均干燥速率为0.10%/h。试件厚度方向含水率偏差为0.70%,可见干燥缺陷指标中顺弯、翘弯、扭曲、纵裂、内裂均达到一级标准,但试件横弯和皱缩较严重,仅能达到三级标准。  结论  100 ℃试验法表明:由皱缩导致的截面变形为斜叶桉木材最为严重的干燥缺陷,且径切板的皱缩程度要大于弦切板。在依据100 ℃试验制定的初步干燥基准中加入间歇处理,能够较为有效地缓解和抑制皱缩。本研究中干燥的30 mm厚斜叶桉锯材仍然存在少量皱缩,未达到GB/T 6491—2012中锯材干燥质量二级指标。但是,干燥时间比传统的大气干燥 + 常规干燥的联合干燥方式减少约90%,且干燥质量有所提高。本研究推荐的常规间歇干燥基准可为斜叶桉锯材的实际应用提供科学依据。      

X射线扫描法和切片法测量干燥过程中杉木含水率分布的比较研究

以杉木Cunninghamia lanceolata人工林木材为研究对象,分别采用X射线扫描法和切片法研究了常规干燥过程中木材内含水率分布规律,以期检验X射线扫描法的测量精度,探讨采用X射线法动态检测干燥过程中木材内含水率分布的可行性。结果表明:在各个干燥阶段,X射线扫描法测得的厚度方向各层含水率测量值与用切片法得到的含水率测量值之间无显著差异（P＞0.05）,且两者之间相关的决定系数在0.90以上;在整个干燥阶段,切片法测量的每层含水率值大多低于利用X射线扫描法的测量值,在含水率较高阶段（55%,46%,34%）,两者之间的差值大于含水率较低阶段（26%,20%,12%,8%）。由此可见,采用X射线扫描法测量干燥过程中木材内含水率分布是切实可行的。图1表1参13     

刨花微波干燥特性研究

研究了常规微波干燥、热空气干燥、微波-热空气联合干燥下刨花含水率和干燥速率的变化特征,微波功率和刨花形态对含水率变化和干燥速率等特性的影响,计算了刨花在微波干燥下的单位能耗.结果表明:微波干燥比热空气干燥省时约80%;微波功率对干燥特性有显著影响,功率越大,干燥速率越快,干燥时间也越短;微波干燥过程中,刨花形态对干燥速率有影响,表面积越大的刨花,含水率变化越明显,干燥速率越快;微波输出功率与试样量比为4~7W/g时,微波能耗最省;微波干燥过程中易发生能量集中而导致刨花焦化,微波-热空气联合干燥可以防止焦化现象,同时能实现更低的目标含水率,微波-热空气联合干燥比热空气干燥省时约70%.     

基于MSP 430的木材干燥窑测控系统

木材是一种复杂的含湿多孔黏弹性生物体,木材中水分的含量随着树种、树龄和砍伐季节各异。为了保证木制品的品质和使用寿命,必须采取适当的措施使木材中的含水率降至规定值。在木材干燥过程中,干燥设备性能、干燥工艺、木材特性等诸多因素,都对干燥后的木材品质有所影响。将高级单片机设术、自动控制技术应用于木材干燥设备的控制系统,并提出了控制系统的软硬件设计,其中硬件部分由传感器组、信号处理电路、MSP 430 F149微控制器、隔离驱动及其他单片机外围电路组成,给出了相关参数。软件部分由主程序,温度、木材含水率数据采集子程序,数据处理子程序,查表子程序,修正子程序,键盘、显示子程序等部分组成,给出了主流程图。图4表1参17     

非均匀结构花旗松热处理材的制备及性能评价

以花旗松为试材,采用平板加热工艺在温度为180、220℃条件下进行热处理,使试材表层温度达到160℃而芯层温度控制在150℃内,制备一种具有非均匀结构的新型热改性材,并探讨热处理材表芯层吸湿性能及化学组分差异。结果表明:平板加热法可以在木材断面形成层次分明的非均匀结构,试材含水率水平是影响表芯层差异的主要因子,初含水率3.8%木材表芯层温差显著小于初含水率为15.0%试材;动态水蒸气吸附试验表明,处理材表层吸湿性低于芯层,且在高湿条件下两者差异更加显著,试材表面形成了一层低吸湿性外壳;红外光谱分析及X射线光电子能谱分析表明,热处理后表层半纤维素发生降解,木质素质量分数增加,是试材表层吸湿性降低及断面层次结构形成的内在原因。