木材加热与干燥过程的规律性.pdf

《木材加热与干燥过程的规律性.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、CH3木材对流加热与干燥中的规律性干燥的愿望达到目标含水率获得良好的干燥质量能量的效能高对环境的影响最低然而，干燥并不是一直是我们所期待的！局部层次材料内部的传热传质Approaches材料与干燥介质之间的传热传质系统内介质状态变化了解干燥过程的基础规律与干燥速率优化干燥条件和干燥过程干燥系统的质量与能采用新的干燥技术量平衡干燥中的热量传递木材对流干燥过程干燥中的质量传递木材对流干燥过程木材内部的水分移动中的应力应变木材表面的水分蒸发本章重点（难点）干燥过程的本质：热量的传递(Heattransfer)引起水分的由内至外的迁移(Masstran

2、sfer)，随之发生的是木材的干缩及其带来的干燥应力问题。木材在饱和介质中对流加热的计算木材水分迁移途径与规律木材干燥中的应力应变发展规律3.1木材干燥中的热量传递传热的基本形式导热：热压干燥；木材内部的传热对流：太阳能干燥；大气干燥；常规窑干（湿空气、热炉气、过热蒸汽）辐射：微波干燥；高频干燥导热的形式稳态导热：温度场不随时间的变化而变化非稳态导热：温度场随时间的变化而变化介质与木材的对流换热对流干燥中木材内部的导热的热量传递介质与换热器的间壁对流换热窑体与系统的对流换热导热－傅立叶定律（Fourier’sLaw）热流密度与温度梯度成正比。Q∆TT−T

3、12=−k×=−k×A∆x∆x∂tq=−λ∂n导热系数，表征物体导热能量的物理量。负号表示热流密度方向与温度梯度方向相反。对流换热－牛顿冷却定律t−tfwQ=αF(t−t)=fw1αF表示对流换热强度的参数，受对流换热过程中的许多因素影响，难以量化。透过窑壳的散热－稳定对流换热12q=(t−t)=k(t−t),W/m12121b1++α1λα2窑壳的传热系数式中参数：窑壳内、外表面的放热系数；窑壳的厚度；窑壳材料的导热系数。窑壳常为复合结构12ok=,W/(m⋅C)1b1i+∑+αλα1i2介质与木材的对流换热木材内任一点的温度变化（导热微分方程）∂t∂2t∂2t∂2t=

4、a(++)222∂τ∂x∂y∂z木材的导温系数a=λ/c⋅ρ实际简化22∂t∂t∂t=a(+)22∂τ∂x∂y22∂t∂t∂t=a+ar2t2∂τ∂x∂y加热时木材表面的温度，近似认为等同于加热介质的温度。饱和介质或热水中的加热（特定边界条件下的解）2arat16−π⋅τ(2+2)πxπyt=t+(t−t)⋅ebhsin⋅sin+101π2bh非饱和介质中的加热求解是经验方法，过程复杂，结果也不太精确由于换热表面存在边界层，换热热阻远大于饱和介质换热，因此在不饱和介质中加热的时间远比在饱和蒸汽中长得多。3.2干燥中的质量传递流体穿过木材的迁移分为两种主要类型：取决于木材

5、的渗透性（其体积流或质量流，即流体在毛与木材的密度无关，最主要细管压力梯度的作用下，穿过木的影响因素为有效纹孔膜微材组织孔隙（大毛细管系统）的孔半径和数量）流动；可用达西定律表述。孔隙率？（抽提物堵塞或纹孔闭塞）扩散，即水蒸气穿过细胞腔中空气的扩散及结合水在细胞壁中的扩散；可用菲克定律表述。3.2干燥中的质量传递压强梯度的存在使气体或液体在多孔性物质中产生流动，形成质量传递，称之为渗流或渗透，可用达西（Darcy）定律予以描述。dPJv=−kdy比例系数，同介质的孔隙状况有关（如木材的渗透性），又同流体的粘流性质有关。3.2干燥中的质量传递浓度梯度存在，分子无规则的运动促使各

6、处浓度处于均匀一致，此为分子扩散，可用菲克（Fick）定律描述。3.2干燥中的质量传递（定性描述）途径一：沿着连续不断的细胞壁移动，由水分浓度差引起的结合水的分子运动途径二：通过细胞腔到纹孔，再到细胞腔：在FSP以上由毛细管力驱使，以液态形式的自由水为主；在FSP以下由水蒸气分压差驱使，以气态形式的水蒸气为主途径三：为途径一与途径二的混合针叶材内水分流动途径Variousflowpathsthroughsoftwoods(Stamm,1967).纤维饱和点以上时木材中水分移动以自由水移动为主，移动动力为毛细管压力差，其由毛细管内气水交界面上水分的表面张力引起。以针叶材管胞为例

7、，管胞锥形端部相互交搭，且纹孔多在锥形端部的径面壁上。当自由水沿管胞腔移动时，由于木材表层水分蒸发最快，靠近表面的管胞腔中存在的自由水较少，而管胞锥形端部毛细管半径较小，因此，毛细管张力增大，而木材内部含水率较高，毛细管半径较大，张力较小，因此，木材中存在从内到外的毛细管张力梯度。其迫使自由水沿管胞及管胞壁上的纹孔由内向外移动，且流动方向多沿管胞的弦向。纤维饱和点以上时木材中水分移动自由水的流动强度式中：El为液体流动的有效渗透性，与木材的