高频-对流联合加热干燥对木材温度梯度及干燥质量的影响

对断面120 mm×120 mm的落叶松含髓心方材进行高频-对流联合加热干燥,通过控制双热源匹配获得木材横断面上的不同温度梯度,检测不同温度梯度干燥过程中木材的干燥速率、开裂、含水率分布、应变等变化,进而解析温度梯度对干燥速率、应力及质量等的影响。研究结果表明:(1)通过调节高频-对流双热源匹配(高频加热和停歇的时间),可控制木材干燥过程中的温度梯度及其变化范围。(2)试材正向(内高外低)温度梯度适当增大,其干燥速度加快,终含水率分布均匀。(3)正向温度梯度对减小木材芯表层含水率差的作用,体现在干燥过程的中后期,且作用效果随温度梯度增大而增强。(4)干燥前期,表层产生较大拉应变,中间及芯层则产生压应变,且拉、压应变皆随温度梯度增大而增大。干燥中期,中间层由前期的压应变转为拉应变,其随温度梯度的增大而减小;干燥中后期,表层及中间层产生压应变,芯层产生拉应变,其均随温度梯度的增大而增大;干燥后期,温度梯度对试材各层应变的影响不大。     

基于人工神经网络模型的木材干燥应变模拟预测

【目的】研究常规干燥过程中干燥基准、预处理条件、含水率对木材干燥应力的影响,探讨干燥应力沿髓心至树皮方向的分布情况,以实现干燥应变的模拟预测。【方法】整合分析采用图像解析法测算得到的弹性应变和机械吸附蠕变相关数据,基于人工神经网络模型,以干燥温度、含水率、相对湿度、距髓心距离为输入变量对弹性应变进行模拟预测,以预处理温度、干燥温度、含水率、相对湿度、距髓心距离为输入变量对机械吸附蠕变进行模拟预测。通过网络训练和验证,得到合理的人工神经网络预测模型,并对模型进行测试,探讨分析所建立模型的预测能力。【结果】弹性应变预测模型中,各数据集均呈现出较好的相关性,训练集、验证集和测试集的相关系数(R)分别为0.988、0.983和0.978,所有数据集的决定系数(R~2)均高于0.95,验证集达到最优时的均方差(MSE)为1.21×10~(-6)。机械吸附蠕变预测模型中,利用含水率为28%和12%的数据集进行模型训练和验证,训练集和验证集的相关系数(R)分别为0.981、0.977,验证集达到最优时的均方差(MSE)为1.26×10~(-6);利用含水率20%的数据集进行模型测试,测试集的相关系数(R)为0.969,所有数据集的决定系数(R~2)均高于0.94,网络模型能够解释94%以上的试验数据,表现出较好的预测能力。【结论】所建立模型的预测值和试验值吻合较好,预测成功率较高,能够为人工神经网络在干燥应力、应变方面的应用提供可行性依据。     

柞木单板高频真空干燥工艺

以5 mm柞木单板为研究对象,对其实施不同干燥工艺(高频发振与停歇时间,木材控制温度(Tc)、环境压力(Pa))的高频真空干燥,测算其温度分布、干燥速度、干燥周期、终含水率及其标准偏差、脱水比、开裂和翘曲度等参数。通过对这些参数的对比分析,确定了其较适宜的高频真空干燥工艺。结果表明:干燥过程中单板材堆的温度分布变化,长度方向近端部略高,其它部位相近;宽度方向,呈现内部高侧边低的分布趋势;高度方向,呈现中心层高、近接地极板层低的分布趋势。底层与接地极板间设置已干单板后虽能减小温度梯度,但不能使其消除。单板干燥速度取决于温度(T)、Pa、水分渗透性、扩散系数、迁移距离(L),Pa降低,T升高,水分迁移驱动力(ΔP/L)增大,干燥速度加快;T升高还能使渗透性和扩散系数增大,因而对干燥速度影响显著,但单板易开裂;单板终含水率分布均匀性主要由材堆中温度分布均匀性、干燥工艺条件等决定。在材堆与电极板间设置隔热材料,能使材堆高度方向温度分布均匀性提高,含水率差异减小。5 mm柞木单板较适宜的高频真空干燥工艺确定为,高频发振7 min/停歇1 min、Tc为54.5℃、Pa为6.5 k Pa、ΔP为8.5 k Pa。     

落叶松干燥过程水分扩散性的研究—Crank方法与Dincer方法的使用(英文)

采用两种改进的多孔固体材料水分扩散偏微分方程分析求解方法,即Dincer方法与Crank方法,分析并计算落叶松干燥过程的水分扩散系数(D)与水分传递系数(k)。使用扩散型微分方程对落叶松干燥过程进行数学模拟,木材试件被理想化为无限大平板状材料,假定木材内部水分的扩散过程是一维的。实验测定了不同干燥介质条件下木材干燥动力曲线。基于取得的实验数据,通过Dincer方法计算了木材水分扩散系数(D)与水分传递系数(k);使用传统的Crank方法分析计算了木材动态水分扩散系数(D)。研究表明,使用Dincer方法计算的木材水分扩散系数(D)均大于相应实验条件下Crank方法计算数值,接近1个数量级。这种结论应该是由于两种分析求解方法间的差异以及水分扩散与热量传递数学求解间的差异。因此相关的水分扩散微分方程的分析求解方法有待改进。随干燥介质温度的升高,木材水分扩散系数(D)与水分传递系数k均显著增大,可以采用Arrhenius方程与木材结合水传递理论来分析解释实验条件下的扩散系数(D)与干燥介质温度(T)间的变化趋势。图2表3参6。     

木材流变学特性对板材常规干燥开裂、变形的影响

简述了木材干燥应力数学模型的研究背景,建立了木材常规干燥的干燥应力应变数学模型,模型主要考虑了干燥收缩应变、弹性应变、黏弹性蠕变应变和机械吸附蠕变应变四种因子.通过干燥应力应变数学模型与干燥扩散数学模型的联合分析求解,可以解释板材物理力学特性(如干缩率、含水率、干缩各向异性、横纹静曲弹性模量等)对干燥应力、干燥应变的影响,分析干燥应力的产生、发展和释放的机理,为科学制订木材干燥工艺提供理论依据.     

数字图像相关技术及其在木材科学研究中的应用

数字图像相关方法(DIC)作为一种先进的光学形变(位移和应变)检测方法,已逐渐成为木材科学领域中一种重要的测试手段。文中概括了DIC的特点与基本原理;综述了其在木材科学领域中的应用,主要包括力学性能检测、木材干燥形变测量及其他木质基材料等的相关性能研究;最后,对其在木材科学领域研究中遇到的机遇与挑战进行了展望。     

高频—对流木材干燥设备中高频发生器的选用

探讨了木材高频加热过程中木材升温和木材内水分蒸发两个阶段所需高频功率的计算方法,并通过高频加热所占的百分比来计算各阶段所用的高频功率,从而确定高频—对流木材干燥设备中高频发生器的功率。另外,举例说明在实际中应如何选用高频—对流木材干燥设备中高频发生器的功率。还探讨了根据木材的长度来确定高频发生器频率的方法,以确保加热均匀度和加热效率。     

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。      

落叶松板材常规干燥过程的动态机械吸附特性

为探索木材常规干燥机械吸附蠕变的动态发展模式，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，用切片法测定了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，并测定了不同尺寸规格及不同预处理工艺下木材试件的自由干缩变形。根据高聚物流变学理论与木材机械吸附蠕变理论，分析了干燥过程中木材厚度方向不同位置的机械吸附蠕变变形的变化规律及其主要影响因子，概括了木材表层与心层的机械吸附蠕变变形的典型发展模式。结论如下:可以采用线性函数与指数函数来分别描述含水率在低于20%和高于20%阶段的木材自由干缩率曲线，相关性较好；木材干燥机械吸附蠕变现象具有极大变异性，与干燥应力模式及应力发展间存在相互作用；在含水率低于特定温度对应下的纤维饱和点2%～4%时，木材表层的拉伸机械吸附蠕变应变与心层的压缩机械吸附蠕变应变均接近极大值；机械吸附蠕变在一定范围内的增大将有助于干燥应力松弛，机械吸附蠕变数值可作为木材干燥工艺调整的参考因子。      

关于提高称重法木材含水率测算精度的探讨

该文以兴安落叶松为研究对象,探讨了试件锯解时因摩擦热造成的水分损失,试件在烘箱中烘干时间过长而产生的热分解,试件带热称重时重量传感器的温度效应等因素对采用称重法检测木材含水率的测量精度的影响;试验获得了相应的修正公式,对多片试件平均含水率的传统计算法进行了修正.研究表明:锯解时木材水分损失对称重法测量精度的影响程度随含水率升高而增大;过长时间在烘箱中的热分解,带热称重时重量传感器的温度效应等对称重法测量精度除极精确的研究外,可以忽略.