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.      

间歇微波干燥过程中木材内含水率动态分布规律

为研究微波干燥过程中木材内部的含水率动态分布规律,以红橡和南方松木材为研究对象,采用无损检测的X射线扫描方法,揭示间歇微波干燥过程中木材内部含水率分布的动态变化规律。结果表明:微波干燥的绝大部分时间内,木材厚度方向存在着整体性内高外低的含水率梯度场;随着干燥过程的进行,木材内部水分更趋均匀,当木材平均含水率在10%以下时,木材内水分分布非常均匀;在整个微波干燥过程中,木材内部虽然发现了部分内层含水率低于外层的情况,但并未出现与常规干燥相反的含水率梯度。     

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。      

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     

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.      

微波干燥过程中木材内蒸汽压力与温度的变化特性

该研究利用T型聚四氟乙烯连接装置将温度传感器和压力传感器与被干材内部的待测点相连,实现了微波干燥过程中对木材内部同一点温度、蒸汽压力的同步测定.主要分析了木材内温度、蒸汽压力在微波场中的变化特性及其相互关系,并对温度、蒸汽压力的变化与微波干燥中出现的内裂、炭化等干燥缺陷的相关性进行了初步探讨.研究结果表明, 木材在微波干燥过程中,温度的变化大致分为3个阶段:快速升温段,恒温段和后期升温段;微波辐射功率增高,升温速度加快,恒温段温度提高,恒温段时间缩短;微波辐射功率提高,木材内部蒸汽压力上升速度相应加快,压力峰值也相应变大,最大压力值保持的时间变短.压力上升速度伴随着温升速度的加快而加快,当温度升高到恒温段时,压力也同时达到最大值.内裂通常出现在木材干燥恒温段初期,主要由于高含水率木材内部过高的蒸汽压力造成;炭化通常出现在木材干燥后期,主要由于低含水率木材高温点的介电特性造成.      

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。     

含水率对微波干燥过程中木材内蒸汽压力与温度的影响

以马尾松为试验对象,研究了微波干燥过程中,初含水率对木材内部温度、水蒸气压力的影响,旨在为微波干燥过程中木材干燥质量的控制提供依据。研究结果表明:在微波辐射功率相同的条件下,不同初含水率的木材内部蒸汽达到最大值的时间很接近,并且木材初含水率越高,木材内部蒸汽压力上升越快,压力峰值越大,最大压力值保持的时间越短,蒸汽压力下降的越迅速。木材在微波加热过程中,木材温度达到恒温段之前,压力上升比较缓慢,达到恒温段之后,压力迅速上升,很快达到最大压力值。木材初含水率高,压力峰值大,其相应的温度也高。     

真空条件下木材表面水分蒸发速率模型及应用初探

对真空条件下木材表面水分蒸发速率模型进行了理论推导，并以截面为20 mm×20 mm，长度分别为100、150、200、250、300 mm的桦木为试材，在干燥温度分别为60、75、90℃，绝对压力分别为0.02、0.04、0.06、0.07、0.08 MPa的真空干燥条件下，对试材内部水分移动速率进行研究。结果表明:木材表面水分移动速率大于内部水分移动速率，二者的比值在10～150之间变化。根据试验结果,得出了不同条件下各种规格试材的干燥速率与温度、绝对压力的关系式，并与理论推导得出的模型进行比较，得到木材表面水分蒸发速率与内部水分移动速率之比。最后根据不产生干燥缺陷的最大（极限）速比，得出木材真空干燥过程中不产生缺陷时的温度和绝对压力的关系式。      

桉树无性系大径材干燥特性分析

[目的]分析桉树无性系大径材的干燥特性,并预测其干燥基准,为桉树大径材的实木利用提供科学依据.[方法]采用百度试验法研究10年生尾巨桉无性系大径材的干燥特性,根据木材干燥过程中初期开裂、内部开裂和截面变形3项干燥缺陷的发生程度,制定桉树大径材干燥基准.[结果]桉树无性系大径材初期开裂程度2级;内部开裂程度中等,为3级;截面变形严重,为4级.干燥速度为4级,干燥速度较慢,属难干木材.体积、径向和弦向干缩率较大,分别为19.656%、10.976%和9.451%;差异干缩值为0.861,属差异干缩小.根据3种缺陷的等级程度,确定桉树无性系大径材干燥基准的基本条件:初期温度50℃,初期干湿球温度差2~4℃,末期温度75℃;厚度为25~30 mm的桉树无性系木材窑干至水含率10.00%所需时间为20.75 d.[结论]截面变形是桉树无性系大径材的主要干燥缺陷,为防止其发生,在生产中应以初期温度50℃、初期干湿球温度差2~4℃、末期温度75℃为干燥基准,可根据实际情况进行适当调整.     

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。      

Development of model based sensors for the supervision of a solar dryer

Solar dryers are increasingly used in developing countries as an alternative to drying in open air, however the inherent variability of the drying conditions during day and along year drive the need for achieving low cost sensors that would enable to characterize the drying process and to react accordingly. This paper provides three different and complementary approaches for model based sensors that make use of the psychrometric properties of the air inside the drying chamber and the temperature oscillations of the wood along day. The simplest smart sensor, Smart-1, using only two Sensirion sensors, allows to estimate the accumulated water extracted from wood along a complete drying cycle with a correlation coefficient of 0.97. Smart-2 is a model based sensor that relays on the diffusion kinetics by means of assesing temperature and relative humidity of the air inside the kiln. Smart-2 model allows to determine the diffusivity, being the average value of D for the drying cycle studied equal to 5.14 × 10⁻¹⁰ m² s⁻¹ and equal to 5.12 ×  10⁻¹⁰ m² s⁻¹ for two experiments respectively. The multidistributed supervision of the dryer shows up the lack of uniformity in drying conditions supported by the wood planks located in the inner or center of the drying chamber where constant drying rate kinetics predominate. Finally, Smart-3 indicates a decreasing efficiency along the drying process from 0.9 to 0.2     

高温高压蒸汽干燥过程中木材的收缩应力特征

该研究利用新开发的耐热、耐压应力传感器，采用夹具束缚试件在干燥过程中的收缩变形，考察了高温高压蒸汽条件下，伴随试件干燥过程的收缩应力发生、发展特征及粘弹性特性，旨在为探索减少木材干燥缺陷和内部残留应力的高温快速干燥工艺条件提供理论基础和科学依据.该文着重探讨了100℃以上的高温高压过热蒸汽条件下，试件从饱水到全干状态或明显开裂为止，收缩应力的连续测定方法，并对其径向和弦向收缩应力的发生发展特征进行了初步探讨.研究结果表明，在高温热处理(相对湿度为0)过程中，径向的收缩应力相当大，约为弦向的2倍；而在其他相对湿度条件下，情况却相反，相对湿度60%、80%条件下，弦向的收缩应力反而变得比径向大.试件在180℃的高温高压过热蒸汽干燥过程中，随着相对湿度的增加，收缩应力明显下降，应力得到有效抑制.即使在相对湿度100%的高温条件下干燥，木材仍然存在收缩应力.      

微波真空干燥技术及其在水产品加工中的应用

通过阐述微波真空干燥技术的原理、特点,分析了影响微波真空干燥效果的主要因素(包括被加工物料的种类和大小以及微波真空度、微波功率、干燥时间等),并对该技术在国内外水产品加工中的应用现状及发展前景进行了探讨。随着微波真空干燥理论及设备的逐步完善,这种技术将在水产品加工中获得越来越广泛的应用。