木材过热蒸汽干燥的应用潜力及前景

为了提高木材干燥质量及生产效率,对过热蒸汽在干燥中的应用和理论研究进行了综合评述。将其他行业过热蒸汽干燥的研究成果进行归纳,结合木材干燥的特点,探讨木材过热蒸汽干燥的应用潜力。文中分析了过热蒸汽干燥工艺对被干燥材料的干燥速率、干燥质量、物理力学性能及微观构造的影响;对过热蒸汽干燥过程中的传热传质规律以及建立的过热蒸汽干燥数学模型进行了阐述和分析,为更好地建立和完善木材过热蒸汽干燥数学模型及干燥工艺奠定基础;最后对木材过热蒸汽干燥工艺的制定和研究提出了建议,并对完善过热蒸汽干燥机理研究以及传热传质理论进行了展望。      

木材干燥过程中应力与应变检测方法初探

[目的]探索木材干燥过程中应力与应变的检测方法。[方法]根据数字散斑相关方法的原理设计一种非接触式检测木材干燥应力的方法,用应变速率表示木材干燥过程中应力状态,研究木材表面测点位移与干燥时间、温度和含水率的关系。[结果]木材测点位移平均速率有一个峰值,温度越低,峰值出现得越晚,说明应变滞后于应力;同一材料、同一温度的平均位移曲线,端部的峰值先于中部出现。木材表面测点位移与干燥时间存在对数关系,与含水率变化呈线性关系。随着时间的推移,干燥速率下降,应变速率变小。[结论]影响木材干燥应力的主要因素有干燥应变速率、干燥温度、含水率梯度和温度梯度。     

木材干燥过程中热质迁移交互作用的研究

本文应用不可逆过程热力学研究木材干燥过程中的热质迁移现象，从中得到结论：木材中的湿度梯度和温度梯度在引起物质流的同时、产生热分子压力效应亦可引起热流的交叉作用．由此提示：在建立热流宏观规律时，应考虑热分子压力效应对热传导的影响     

木材真空-浮压干燥过程热质传递的数学模型

该文分析了木材在真空状态及压力浮动的条件下干燥时有别于常规干燥的特殊之处 ,并以水蒸气压力梯度为水分迁移的主要驱动力 ,建立了木材浮压干燥热质传递的数学模型 .文中采用马尾松为试验材料 ,对模型进行了试验验证 .通过对浮压干燥过程的理论模拟与试验结果的比较分析可知 :理论模拟曲线和试验曲线除在高含水率区域有一定偏差外 (最大偏差值为 8 12 % ) ,其余区域均吻合较好 .在该试验条件下 ,平均干燥速率的理论值为2 95 % h ,试验值为 3 0 4 % h .     

木材干燥过程的Elman神经网络模型研究

[目的]研究木材干燥过程的Elman神经网络模型。[方法]在人工神经网络理论的基础上,选用Elman神经网络建立木材干燥过程模型。针对木材干燥过程的特点,Elman神经网络利用木材干燥过程材堆的温度、湿度以及对应的木材含水率建立模型。[结果]通过实际干燥过程数据对模型的准确度进行验证,结果表明Elman神经网络利用少量数据就可以建立模型,并且模型预测精度高,对数据的联想记忆和优化能力强。[结论]Elman神经网络建立的木材干燥过程模型准确,对于提高木材干燥过程的控制水平具有重要研究意义。     

胡萝卜热风干燥过程热质耦合传递分析

基于Fick扩散第二定律和Fourier定律,建立了胡萝卜热风干燥的二维数学模型,模型中热空气和胡萝卜的物理性能均用局部温度和湿度值表示,用有限元软件COMSOL Multiphysics 3.3对热质耦合传递偏微分方程组进行求解,干燥过程的模型预测结果与试验实测结果相吻合,所建立的模型可以用来预测食品热风干燥过程。同时在干燥过程中初始温度、空气速度对胡萝卜水分变化影响小,干燥温度和物料尺寸大小对胡萝卜水分变化影响大。     

木材微波真空干燥过程的数学模拟

该研究根据微波真空干燥过程中木材内部水分和热量的迁移机理,建立了木材微波真空干燥的数学模型,并通过试验对该模型进行了验证。结果表明:木材的微波真空干燥过程可以分为3个阶段,即快速升温加速干燥段（Ⅰ）、恒温恒速干燥段（Ⅱ）和后期升温减速干燥段（Ⅲ）,且恒温恒速干燥段在整个干燥过程中所占的比例较大;该模型能较好地模拟木材在微波真空干燥过程中的温度和含水率的变化规律,其模拟精度较高,模拟值与试验值之间相关系数的平方在0.9以上,且含水率变化规律的模拟精度高于温度变化规律的模拟精度。      

落叶松板材常规干燥过程的动态黏弹性特性

为了研究木材常规干燥过程黏弹性应变的发展模式与相对数量级,并为准确区分黏弹性应变与机械吸附应变提供理论依据,该文在实验室条件下对50 mm厚兴安落叶松板材进行常规干燥,使用切片法测定沿厚度方向的横纹弦向干缩应变、弹性应变、黏弹性应变的一维分布情况与变化趋势。基于高聚物与复合材料黏弹性理论,重点定性分析了木材干燥过程中干燥介质温度、蠕变恢复时间、干燥阶段等因子对木材厚度方向不同位置黏弹性应变特性的影响。结果表明:在环境平衡含水率保持在特定水平下,干燥介质温度水平与测定的拉伸弹性应变极值间具有一定正相关性;木材干燥过程中黏弹性应变的发展模式与弹性应变类似,经充分恢复后黏弹性应变的数值略大于弹性应变;木材表层、芯层在干燥过程中具有不同的黏弹性演化模式,干燥温度对木材表芯层黏弹性应变转换有一定影响,这种作用主要是由于不同温度条件下木材含水率梯度所导致的;根据试验测定的木材表层、芯层在3、6、24 h 3个应力释放时间内所达到的黏弹性应变极值,分别给出了干燥过程各阶段落叶松板材表层与芯层黏弹性应变恢复时间的推荐值。      

木材干燥应力数学模型

用切片法对木荷的干燥应力进行测试。用回归分析和聚类分析建立了干燥应力的数学模型。通过分析得出;木材弹性模量在干燥过程中不是常数,随含水率下降而增加;木材弹性应力和残余应力在厚度方向上的分布分别近似为四次多项式和二次多项式。应力的极值点发生在木材的表层和中心层,含水率应力与含水率之间近似为线性或二次多项式关系;木材干燥应力变化过程可分类三个阶段。     

高温高压蒸汽条件下木材的拉伸应力松弛

为进一步探讨木材在高温高压蒸汽干燥过程中的应力释放机理,该研究以日本柳杉木材为研究对象,利用新开发的耐热、耐压应力传感器和专用夹具,对高温高压蒸汽条件下木材的拉伸应力松弛特性进行了较为详细、全面的系统研究.结果表明:温度条件对木材应力松弛的影响远比应变水平的影响显著,随着温度的增加、木材应力松弛急剧增大,残余应力迅速下降;木材应力的松弛除了受温度的影响外,受环境相对湿度的影响显著.无论木材的径向还是弦向,其拉伸应力松弛过程中的残余应力和木材干燥过程中的最大收缩应力随温度变化的关系十分吻合.该结果充分证明了木材在高温高压过热蒸汽干燥过程中的收缩应力 显著降低,是由于收缩变形而引起的收缩应力在长时间处于拉伸状态下应力释放所致.      

木束高温干燥过程中的热质传递模型

描述了用杉木Cunninghamia lanceolata制造杉木积成材的原料单元——杉木木束的高温对流干燥热质传递模型。建立了模型以纤维饱和点为界的木束内部水分迁移和热量迁移的数学方程。通过杉木木束高温干燥实验对模型的准确性和可行性进行验证。结果表明：数学模拟结果和试验实际测定结果相吻合,木束温度实测值与模拟值之间的相关系数的平方为0．97～0．98,木束含水率的相关系数的平方为0．96～0．99。用该模型来模拟木束的高温干燥过程具有较高的精度。图1参9     

利用形状因子法计算木材干燥窑壳体的散热损失

指出了木材干燥窑壳体传热量的传统计算方法中的不足,并利用形状因子法来分析计算木材干燥窑壳体的传热量.对比2种计算方法所得的结果表明,传统的干燥窑壳体计算方法较为保守,而根据形状因子法计算结果来配置干燥窑的加热器面积则不会造成干燥窑中散热设备投资的浪费,同时也可以节省干燥窑墙体设计用材的量.     

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.      

空气流速对木材干燥速率的影响

分析和讨论了空气流速对木材干燥速率的影响。当外部阻力控制干燥过程时，提高流速可以提高干燥速率，但是当空气流速过高时，木材干燥速率增加的速度要降低。     

用偏差活化能方法分析研究木材的干燥特性

偏差活化能可以表示被干燥物料的传质传热特性.通过理论分析和实验,该文研究了木材的不同几何尺寸与其偏差活化能的关系.基于木材的湿基试样之上,首先得到不同几何尺寸的木材的干燥率实验数据,然后建立模型计算扩散系数和偏差活化能.研究结果表明,不同几何尺寸木材试样的偏差活化能值随着环境温度和湿度而变化,并且影响着木材的传质传热动态特性;被干燥物料的偏差活化能在其几何尺寸较小时变化微小,并且随着尺寸的变小偏差活化能也下降;当干燥温度上升时,相对偏差活化能很快接近1,反之亦然.这些研究结果为进一步研究木材的动态干燥特性奠定了基础.     

木纤维脉冲-旋流气流干燥气固两相流分析及数值模拟

通过对脉冲-旋流气流干燥气固两相流分析及数值模拟的研究,采用欧拉-拉格朗日模型和计算流体力学软件Fluent对脉冲-旋流气流干燥机内部的气固两相流场进行了三维模拟,揭示脉冲-旋流气流干燥木质纤维的机理和传热传质特性。结果表明,加载物料后的气流速度变化明显,并且物料与气流速度有2 m/s左右的速度差,有利于传热传质。气流速度越大,物料停留时间越短。进料速度的增加会在旋流干燥器底部形成一个回流区,易造成物料的返流,并增加了物料在干燥机停留时间。通过对计算出的温度、速度、时间的曲线与实测值进行对比,二者最大相对误差小于10%,验证了fluent气固两相流模拟方法建立的脉冲-旋流气流干燥过程的数学模型是有效的。     

基于多物理场耦合的热风干燥模型及其验证

热风干燥是多物理场耦合的过程,存在热风外环境和物料内部湿热迁移共同作用.在质量和能量守恒定律的基础上应用达西定律、菲克定律、傅里叶导热定律,分别构建了热风干燥过程中物料外部与内部的流场、温度场、质量场的控制方程及模型,描述了热风干燥过程中整个干燥室内的湿热传递规律.针对油菜籽热风干燥过程,基于COMSOL Multiphysics对干燥模型进行求解并进行了油菜籽热风干燥实验,以验证模型的有效性.结果表明:物料干基含水率的模型求解结果与真实实验结果最大相对误差为13.3%;在干燥过程中物料存在干区、湿区、蒸发区之分,干区与湿区被蒸发区分开,且蒸发区逐渐由物料外部向物料内部迁移;干燥过程中干燥室内水蒸气浓度先增大后减小,且干燥室中心区域水蒸气浓度比干燥室边缘区域高;物料平均温度在干燥初期迅速上升,中期上升速度逐渐减小,后期趋于平稳且接近热风温度;干燥室边缘区域风速比中心区域风速大,热风流场在极短的时间内达到稳态,其中心区域风速接近为0.