木材干燥学：木材干燥时的传热、传湿

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1、木材干燥学建筑之家第五讲木材干燥时的传热、传湿（一）¾热转移的基本规律¾质转移的基本规律一、热转移的基本公式•1.转移现象：传热、电流、水的流动等，都在一个物理场中进行。单位时间内转移的物质的量与转移势差成正比，与转移的行程成反比。•2.导热的基本定律：单位时间内在物体内部两等温面间流动的热量，与垂直热流方向的面积F和温度差△t成正比，与等温面间的距离△x成反比：ΔtQ=FλΔx•3.热流量：单位时间内通过单位面积的热量成为热流量。∂tq=−λ∂x∂t：表示温度差在热流方向上长度增量趋于零时的极限，称为∂x温度梯度，负号表示热流方向与温度梯度的方向相反。•4.热交换的基本形式：导热

2、、对流、辐射•5.固体与流体之间的热交换形式：导热和对流过程分为两种：稳定热交换和不稳定热交换。∑（1）稳定的热交换：温度场不随时间和空间而变化。例如，透过干燥室壳体的散热。由固定温度t1的干燥室介质1通过室壁向固定温度t2的室外空气2传热。•透过室壁的传热是一种稳定的导热，用傅立叶公式计算：t1α1∂tq=−λ∂xλ2t3•室壁内外表面与干燥介质之间的传热为对流换热，用牛顿公式1t2计算：α2t4bq=α1(t1−t3)t3−t4t1−t2q=λq==K(t1−t2)b1b1++q=α2(t4−t2)α1λα2∑（2）不稳定的热交换：温度场随时间和空间而变化。例如，木材在气体或液

3、体介质中的加热（或冷却）就是在对流换热边界条件下的不稳定导热现象。•木材加热过程中，木材内任意一点的温度变化是用傅立叶偏微分方程来确定：222∂t∂t∂t∂t=a(++)222∂τ∂x∂y∂zλa=cρ二、质转移的基本公式•1.扩散(diffusion)：在两种或两种以上的成分所组成的气体或相融的液体内，由于分子运动引起的成分的连续移动，成为扩散。o扩散也是质转移方式之一。o干燥时，水分在木材中的扩散包括：水蒸气穿过细胞腔中空气的扩散；吸着水在细胞壁中的扩散。•2.气体的扩散流量公式（斐克定律）：∂wi=−D式中i——气体扩散的流量；∂xD——扩散系数，m2/h或cm2/s，与气体

4、的物理性质、混合气体的温度及压力有关；——扩散气体的浓度梯度。∂w负号说明气体扩散方向与气体浓度（密度）梯度方向相反。∂x（注：空气中气味的扩散同样遵循这一规律。）•3.等温水分转移的基本规律：下面以热转移规律为基础，推导水分转移公式。∵热流量公式可表示为：∂t∂tq=−λ=−acρ∂x∂x∴我们类似地给出湿转移流量的公式：∂θi=−a′c′ρ0∂x式中a′为导水系数c′为比湿ρ0为绝干密度∂θθ为湿势，为湿势梯度。∂x比湿：当物体进行湿交换时，单位质量的吸湿体当湿势变化1时物体吸湿或解吸的水分量（湿量）。Q类似比热，∵比热的表达式为：c=mΔtG∴根据比湿的定义，可以写出表达式：

5、水c′=G干Δθ式中，G水/G干就是木材的绝对含水率，∴上式可写成：Wc′=Δθ∴等温水分转移的公式也可写成：∂Wi=−a′ρ0∂x等温水分移动根据物体的含水率场是否随时间和空间而变化又分为稳定湿交换和不稳定湿交换。W＜30%的木材干燥过程属于不稳定湿交换。∑不等温水分转移的公式可写成：∂W∂t’i=－aρ（+δ）0∂x∂x详见P173－178•4.木材中不同状态水分移动的动力当W＜W时，木FSP¾汽态水移动的动力为水蒸汽分压差吸附点之间吸附水的移动以及水分在大毛细管系统中的移动。¾液态水移动的动力是毛细管压力差微毛细管间以及从大毛细管到微毛细管的水分移动。∑注：当W＞W时，即自由

6、水存在的状态木FSP下，∵木材内的蒸汽分压等于饱和压力，毛细管压力不变，∴不存在水蒸汽分压差和毛细管压力差，∴在没有外力作用或不与其他物体接触，木材内水分不能移动。作业：熟悉热质转移的基本公式查阅有关木材水分传导规律的文章（例：《刨花板中的水分及其移动机理》《浅谈木材中水分的移动规律》）第五讲木材干燥时的传热、传湿（二）¾干燥过程中木材水分蒸发与移动¾木材内部水分移动的路径¾影响水分传导的因子¾木材对流干燥过程ò1.干燥过程中木材水分蒸发与移动⑴木材表面的水分蒸发©当W表＞WFSP时，木材表面水分蒸发与自由水面蒸发是一样的，只发生在周围介质的相对湿度φ﹤1的情况，介质的φ越小，蒸发

7、速度越快；©当W表＜WFSP时，水分蒸发量由木材内部水分向表面的移动速度决定。©木材表面水分蒸发包括两个部分：水分由木材表面进入处于层流状态的边界层；从边界层进入处于紊流状态的空气中。©木材表面水分蒸发的速度决定于两个方面：干燥介质的φ；层流层的厚度（决定于介质的流动速度、介质的流动方向、蒸发面的温度）。①水分由木材表面进入边界层：流量公式为：i=α′ρ0(w−wn)•α′：换水系数•w：木材表层的实际含水率•wn：与边界层相对湿度所对应的木材的平衡含水率影响木材表层