【摘要】：樟木作為南方特有的經(jīng)濟樹種,廣布我國長江以南各地,木材紋理細密、美觀、材色悅目、有樟腦香氣、不生蟲、不發(fā)霉等優(yōu)點使得其木料用途很廣,是供制作高檔衣柜、箱子等家具的最佳材料,有著重要的經(jīng)濟價值,但干燥過程易出現(xiàn)干燥缺陷,限制其使用范圍。本研究基于對樟木導熱系數(shù)和汽蒸處理的數(shù)值模擬研究,比較分析過熱蒸汽干燥溫度對樟木傳熱傳質的影響;同時通過采用持續(xù)升溫和梯度升溫的過熱蒸汽干燥方法,研究110℃～140℃的過熱蒸汽對樟木干燥質量、內(nèi)部升溫、顏色、力學強度、吸濕性和化學性質等影響規(guī)律,獲得了樟木經(jīng)過優(yōu)化的高效、節(jié)能干燥工藝。研究結果表明:1)縱向和橫向的導熱系數(shù)模型很好地揭示木材含水率、密度和溫度對傳熱性能的影響規(guī)律,隨含水率的增加木材橫向與縱向導熱系數(shù)增大,其中縱向導熱系數(shù)的增幅較大;同時,木材橫向與縱向導熱系數(shù)與木材的密度和溫度成正相關,縱向導熱系數(shù)與密度呈線性增加,溫度對木材縱橫導熱系數(shù)的影響沒有含水率及密度影響顯著。2)通過對樟木過熱蒸汽干燥的汽蒸處理工藝進行數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬仿真程序可以較為準確反映汽蒸過程中傳熱過程,獲得了干燥介質溫度、鋸材尺寸及初含水率對傳熱及能耗的影響,其中鋸材厚度對汽蒸處理傳熱速度影響最大,含水率次之,溫度影響最小,鋸材初含水率對熱效率影響存在拐點,當干燥介質溫度越高、鋸材尺寸越小時,其熱效率越高。3)選出了樟木過熱蒸汽干燥優(yōu)化工藝為100℃～120℃的梯度升溫,通過結合溫度對鋸材傳熱傳質的影響,整個干燥過程可以劃分為保濕預熱、恒速干燥和減速干燥3個階段;當溫度超過130℃時,干燥速率提升不明顯,采用110℃～120℃的溫度進行干燥,可以減少能耗;在梯度升溫和持續(xù)升溫兩種升溫方式的過熱蒸汽干燥中,選用升溫速率30℃/h、110℃～120℃的梯度升溫進行干燥得到的干燥質量較好。4)對不同溫度過熱蒸汽處理樟木后的物化性能表征研究,結果表明用110℃、120℃得到的力學、吸濕性能好,化學性質穩(wěn)定。過熱蒸汽在110℃～140℃的范圍內(nèi),隨著溫度的升高,明度呈先上升后降低的趨勢,而樟木的干燥材基本保持原色;抗彎強度在120℃時取得最大值94.2MPa,高出對照材23.9%,抗彎彈性模量整體提高;同時,溫度對樟木的吸濕性影響非常顯著,干燥溫度越高,木材的解吸能力越強,吸濕強度越弱,有效地提高了木材在使用時的尺寸穩(wěn)定性;傅立葉變換紅外光譜結果表明,過熱蒸汽使得木材中的羥基和木質素中多聚糖數(shù)量顯著減少,纖維素和半纖維素有部分降解,且隨著干燥溫度的提高,木材內(nèi)羥基和羰基吸收強度的降低程度愈明顯;結晶度大小隨著溫度的升高增大,增加幅度為2.56%～13.07%,而溫度對樟木纖維素結晶區(qū)寬度的影響不明顯。
【學位授予單位】：中南林業(yè)科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S782.31
【圖文】：

碩士畢業(yè)論文邋邐樟木過熱蒸汽干燥數(shù)值模擬及工藝優(yōu)化研宄逡逑１．４研究技術路線逡逑為了更好的完成研宄內(nèi)容，本研宄的主要內(nèi)容及運用的實驗方法和手段簡單逡逑歸納如下：逡逑／邐Ｎ逡逑

２N２數(shù)學模型構建逡逑基于物理模型構建木材縱向與橫向導熱系數(shù)的數(shù)學模型，結合假定１與假定逡逑２繪制木材縱向熱阻原理圖，如圖２．１所示逡逑—邋ＲＡ邋—Ｉ逡逑？邋－－１邐ｒＺ邋—－逡逑ＱＺ」舅邋１／＾邐１／逡逑ａ細胞結構邐ｂ固液氣熱阻邐ｃ熱阻并聯(lián)結構逡逑圖２．１木材縱向熱阻逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ邋ｏｆ邋ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ邋ｔｈｅｒｍａｌ逡逑其中２．１ａ為木材單個細胞結構簡圖，當熱流Ｑｚ縱向通過木材時，通過假定５逡逑可知，木材由固相、液相與氣相組成并聯(lián)結構，如圖２．１ｂ所示，其熱阻如圖２．１ｃ逡逑所示。在單位體積內(nèi)，對于圖２．１ｂ中氣相而言，熱流Ｑｚ流過的截面積為以１－＾，逡逑長度為１，由假定４可知，氣相熱阻為逡逑心邐（２．１）逡逑對于圖２．１ｂ中液相而言，熱流Ｑｚ流過的截面積為妗，長度為１，則液相熱逡逑阻為逡逑？邋１邋１逡逑Ｒｄ邐（２－２）逡逑對于圖２．１ｂ中固相而言，熱流Ｑｚ流過的截面積為長度為１，則固相逡逑熱阻為逡逑ｒｍ邋＝Ｙ￣Ｘ］￣＾邐（２．３）逡逑又Ｍ邋Ｈ逡逑１４逡逑

上式中ｆ為木材含水率。逡逑當熱流Ｑｒ橫向通過木材時，木材由固相、液相與氣相組成串并聯(lián)結構，如逡逑圖２．２ｂ所示。其熱阻如圖２．２ｃ所示。逡逑Ｑｒ邋Ｉ逡逑＾｜邋＾２邋１邋Ｉ邋＾３邋１逡逑Ｉ邐Ｉ邐ｆ邐：［—Ｉ邋Ｒ４邋１—，！邋Ｉｐ－１邋Ｒ７邋Ｉ—１：逡逑Ｚ’—］邐＝■？ｆｃ－邐ｒＪ＾：邐—？邋＿邋：邋＾邋：邋：邋ｂｄ邋：邋＾逡逑Ｉ邋；；；．邋Ｉ邋Ｊ邋（２［邋ｒ７「：，邋Ｊ逡逑邐＾Ｚ邐Ｚ邐１邋—邋Ｒ４邋—邋１邋？邋—邋Ｒ７邋—．逡逑Ｌ邐Ｊ邋Ｌ邐Ｊ逡逑ａ細胞結構邐ｂ固液氣熱阻邐ｃ熱阻串并聯(lián)結構逡逑圖２．２木材橫向熱阻逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ邋ｏｆ邋ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ邋ｔｈｅｒｍａｌ逡逑木材橫向熱阻推導過程與縱向熱阻相似，此處不再贅述。木材的橫向導熱系逡逑數(shù)為逡逑１５逡逑

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本文編號：2787430