【摘要】：為揭示熱壓干燥過(guò)程中木材內(nèi)部水分狀態(tài)及水分壓力的變化規(guī)律,以及對(duì)傳熱傳質(zhì)的影響機(jī)制,以毛白楊(Populus towentosa)鋸材為研究對(duì)象,采用溫度-壓力集成探針測(cè)試分析了周期式熱壓干燥過(guò)程中木材內(nèi)部水分壓力和溫度的變化規(guī)律,分析了熱壓干燥過(guò)程中木材內(nèi)部水分狀態(tài)及遷移規(guī)律,進(jìn)而優(yōu)化了木材熱壓干燥工藝;構(gòu)建了含水分壓力項(xiàng)的木材熱壓干燥傳熱傳質(zhì)模型并進(jìn)行了數(shù)值求解與驗(yàn)證,為實(shí)現(xiàn)木材熱壓干燥過(guò)程精準(zhǔn)控制提供理論依據(jù)。在木材初含水率為50%～70%,熱壓板溫度為120～180℃的試驗(yàn)條件下,得到的主要結(jié)論如下:(1)研究了熱壓干燥過(guò)程中木材內(nèi)部水分狀態(tài)及遷移規(guī)律。①熱壓板閉合期間,升溫階段,含水率高于纖維飽和點(diǎn)的木材內(nèi)部水分壓力高于大氣壓;木材表面到中心形成了過(guò)熱蒸汽-飽和蒸汽-液態(tài)水的水分狀態(tài)分布。當(dāng)含水率低于纖維飽和點(diǎn)時(shí),木材表面到中心形成了不同過(guò)熱度的過(guò)熱蒸汽分布。②熱壓板打開(kāi)期間,內(nèi)部水蒸氣在木材與大氣環(huán)境間的壓力差驅(qū)動(dòng)下從表面遷出,導(dǎo)致含水率降低,這是周期式熱壓干燥木材內(nèi)部水分遷移的主要方式。(2)基于木材內(nèi)部水分壓力對(duì)干燥效率的影響,優(yōu)化了木材熱壓干燥工藝。25 mm厚楊木鋸材熱壓干燥優(yōu)化工藝為:預(yù)熱階段,熱壓板溫度為140℃、閉合時(shí)間為14.0 min、打開(kāi)時(shí)間為1.5 min;含水率高于30%階段,熱壓板溫度為140℃、閉合時(shí)間為11.5 min、打開(kāi)時(shí)間為2.0 min;含水率在20%～30%階段,熱壓板溫度為150℃、閉合時(shí)間為7.5 min、打開(kāi)時(shí)間為2.0min;含水率在6%～20%階段,熱壓板溫度為160℃、閉合時(shí)間為8.5 min、打開(kāi)時(shí)間為2.0 min。優(yōu)化工藝較傳統(tǒng)工藝干燥效率提高了 104.90%。(3)分析了熱壓干燥對(duì)木材尺寸穩(wěn)定性的影響。與氣干材相比,熱壓干燥楊木的弦向和體積濕脹率分別減少了 56.15%和28.87%,弦向和體積干縮率分別減少了55.45%和37.06%,而徑向濕脹和干縮率分別增大了 36.00%和14.58%。與氣干材弦徑向濕脹比(2.60)和弦徑向干縮比(2.29)相比,熱壓干燥木材弦徑向濕脹比(0.84)和弦徑向干縮比(0.89)分別降低了 67.69%和61.14%。熱壓干燥降低了木材尺寸變化的各向異性,提高了木材尺寸穩(wěn)定性。(4)構(gòu)建并驗(yàn)證了含水分壓力項(xiàng)的熱壓干燥木材傳熱傳質(zhì)模型。檢測(cè)分析了熱壓干燥木材內(nèi)部水分壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和含水率場(chǎng)的分布規(guī)律。構(gòu)建了含水分壓力項(xiàng)的傳熱與傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型。利用有限差分法及MATLAB軟件程序,對(duì)構(gòu)建的木材熱壓干燥傳熱傳質(zhì)模型進(jìn)行數(shù)值求解與驗(yàn)證。結(jié)果表明:①依模型預(yù)測(cè)的熱壓干燥木材含水率值和實(shí)測(cè)值較好地吻合。②與不含水分壓力項(xiàng)的傳統(tǒng)傳熱模型相比,含有水分壓力項(xiàng)的傳熱模型預(yù)測(cè)的木材溫度值更接近于實(shí)測(cè)值。
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S782.31
【圖文】：

１緒論逡逑．３．２．４周期式熱壓干燥楊木鋸材傳熱傳質(zhì)建模與數(shù)值模擬逡逑試驗(yàn)檢測(cè)并分析熱壓干燥過(guò)程中楊木鋸材內(nèi)部溫度場(chǎng)、水分壓力場(chǎng)和含水率場(chǎng)化規(guī)律，根據(jù)水分壓力對(duì)熱壓干燥過(guò)程中楊木鋸材內(nèi)部傳熱傳質(zhì)的影響，在給出假設(shè)的基礎(chǔ)上建立楊木鋸材熱壓干燥的一維傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型；采用有限差分法傳熱傳質(zhì)控制方程和定解條件進(jìn)行離散化處理，給出楊木鋸材熱壓干燥中傳熱傳質(zhì)重要熱物理參數(shù)，通過(guò)ＭＡＴＬＡＢ軟件進(jìn)行傳熱傳質(zhì)數(shù)值求解和驗(yàn)證，探宄所建立一維傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性和可行性。逡逑．３．３技術(shù)路線圖逡逑丨楊木鋸材周期式熱壓干燥丨逡逑

（周永東、李曉玲，２００５）。試驗(yàn)前去除兩端各１９０邋ｍｍ以免影響含水率的準(zhǔn)確性，逡逑然后將剩余鋸材鋸解成５塊尺寸為４００邋ｍｍＸ邋１２０邋ｍｍＸ２５邋ｍｍ邋（軸向Ｘ弦向Ｘ徑向）逡逑的楊木鋸材試驗(yàn)板，同時(shí)鋸取６個(gè)厚度為２０邋ｍｍ的含水率試片（圖２－１）；根據(jù)逡逑ＧＢ／Ｔ１９３１－２００９《木材含水率測(cè)定方法》采用絕干法檢測(cè)試片含水率，取兩個(gè)相鄰含逡逑水率片的平均值計(jì)算楊木鋸材試樣的初含水率和絕干重，試驗(yàn)前楊木鋸材試樣的初含逡逑１３逡逑

２熱壓干燥過(guò)程中楊木鋸材內(nèi)部水分狀態(tài)及遷移規(guī)律逡逑的對(duì)應(yīng)溫度值，繪制曲線并找出信號(hào)源輸入溫度與無(wú)紙記錄儀顯示號(hào)源輸入溫度與無(wú)紙記錄儀顯示溫度關(guān)系曲線見(jiàn)圖２．４。結(jié)果表明，溫度數(shù)值與信號(hào)源輸入溫度吻合，Ｒ２為０．９９９９，采用所選的ＳＩＮ－Ｒ６紙記錄儀對(duì)熱壓干燥過(guò)程中木材內(nèi)部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄是可

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本文編號(hào)：2779968