杨木锯材周期式热压干燥工艺及其传热传质机理

发布时间：2020-08-03 17:35

【摘要】：为揭示热压干燥过程中木材内部水分状态及水分压力的变化规律,以及对传热传质的影响机制,以毛白杨(Populus towentosa)锯材为研究对象,采用温度-压力集成探针测试分析了周期式热压干燥过程中木材内部水分压力和温度的变化规律,分析了热压干燥过程中木材内部水分状态及迁移规律,进而优化了木材热压干燥工艺;构建了含水分压力项的木材热压干燥传热传质模型并进行了数值求解与验证,为实现木材热压干燥过程精准控制提供理论依据。在木材初含水率为50%～70%,热压板温度为120～180℃的试验条件下,得到的主要结论如下:(1)研究了热压干燥过程中木材内部水分状态及迁移规律。①热压板闭合期间,升温阶段,含水率高于纤维饱和点的木材内部水分压力高于大气压;木材表面到中心形成了过热蒸汽-饱和蒸汽-液态水的水分状态分布。当含水率低于纤维饱和点时,木材表面到中心形成了不同过热度的过热蒸汽分布。②热压板打开期间,内部水蒸气在木材与大气环境间的压力差驱动下从表面迁出,导致含水率降低,这是周期式热压干燥木材内部水分迁移的主要方式。(2)基于木材内部水分压力对干燥效率的影响,优化了木材热压干燥工艺。25 mm厚杨木锯材热压干燥优化工艺为:预热阶段,热压板温度为140℃、闭合时间为14.0 min、打开时间为1.5 min;含水率高于30%阶段,热压板温度为140℃、闭合时间为11.5 min、打开时间为2.0 min;含水率在20%～30%阶段,热压板温度为150℃、闭合时间为7.5 min、打开时间为2.0min;含水率在6%～20%阶段,热压板温度为160℃、闭合时间为8.5 min、打开时间为2.0 min。优化工艺较传统工艺干燥效率提高了 104.90%。(3)分析了热压干燥对木材尺寸稳定性的影响。与气干材相比,热压干燥杨木的弦向和体积湿胀率分别减少了 56.15%和28.87%,弦向和体积干缩率分别减少了55.45%和37.06%,而径向湿胀和干缩率分别增大了 36.00%和14.58%。与气干材弦径向湿胀比(2.60)和弦径向干缩比(2.29)相比,热压干燥木材弦径向湿胀比(0.84)和弦径向干缩比(0.89)分别降低了 67.69%和61.14%。热压干燥降低了木材尺寸变化的各向异性,提高了木材尺寸稳定性。(4)构建并验证了含水分压力项的热压干燥木材传热传质模型。检测分析了热压干燥木材内部水分压力场、温度场和含水率场的分布规律。构建了含水分压力项的传热与传质数学模型。利用有限差分法及MATLAB软件程序,对构建的木材热压干燥传热传质模型进行数值求解与验证。结果表明:①依模型预测的热压干燥木材含水率值和实测值较好地吻合。②与不含水分压力项的传统传热模型相比,含有水分压力项的传热模型预测的木材温度值更接近于实测值。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S782.31
【图文】：

１绪论逡逑．３．２．４周期式热压干燥杨木锯材传热传质建模与数值模拟逡逑试验检测并分析热压干燥过程中杨木锯材内部温度场、水分压力场和含水率场化规律，根据水分压力对热压干燥过程中杨木锯材内部传热传质的影响，在给出假设的基础上建立杨木锯材热压干燥的一维传热传质数学模型；采用有限差分法传热传质控制方程和定解条件进行离散化处理，给出杨木锯材热压干燥中传热传质重要热物理参数，通过ＭＡＴＬＡＢ软件进行传热传质数值求解和验证，探宄所建立一维传热传质数学模型的准确性和可行性。逡逑．３．３技术路线图逡逑丨杨木锯材周期式热压干燥丨逡逑

（周永东、李晓玲，２００５）。试验前去除两端各１９０邋ｍｍ以免影响含水率的准确性，逡逑然后将剩余锯材锯解成５块尺寸为４００邋ｍｍＸ邋１２０邋ｍｍＸ２５邋ｍｍ邋（轴向Ｘ弦向Ｘ径向）逡逑的杨木锯材试验板，同时锯取６个厚度为２０邋ｍｍ的含水率试片（图２－１）；根据逡逑ＧＢ／Ｔ１９３１－２００９《木材含水率测定方法》采用绝干法检测试片含水率，取两个相邻含逡逑水率片的平均值计算杨木锯材试样的初含水率和绝干重，试验前杨木锯材试样的初含逡逑１３逡逑

２热压干燥过程中杨木锯材内部水分状态及迁移规律逡逑的对应温度值，绘制曲线并找出信号源输入温度与无纸记录仪显示号源输入温度与无纸记录仪显示温度关系曲线见图２．４。结果表明，温度数值与信号源输入温度吻合，Ｒ２为０．９９９９，采用所选的ＳＩＮ－Ｒ６纸记录仪对热压干燥过程中木材内部温度进行实时监控和记录是可

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本文编号：2779968