本文關(guān)鍵詞：疏解棉稈微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥特性及傳熱傳質(zhì)機(jī)理的研究　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：制備棉稈重組材是棉稈資源利用的新途徑。棉稈重組材作為木質(zhì)人造板的替代品,具有良好的物理力學(xué)性能和近似木材的紋理結(jié)構(gòu),發(fā)展?jié)摿薮蟆１疚膶γ薅捴亟M材生產(chǎn)的重要前處理工序—干燥工藝進(jìn)行深入系統(tǒng)研究,采用微波熱風(fēng)聯(lián)合的方法進(jìn)行疏解棉稈的干燥,對微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥工藝進(jìn)行了優(yōu)化,研究了不同干燥方式對疏解棉稈和棉稈重組材力學(xué)性能的影響,探討了疏解棉稈干燥過程中的傳熱傳質(zhì)模型,給出了微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥提高干燥速率和板材力學(xué)性能的理論依據(jù),取得的主要結(jié)論如下:(1)探明了疏解棉稈的微波干燥特性和干燥工藝參數(shù)。固定微波功率1000W,疏解棉稈裝載量為34g~200g,將干基含水率110%降至6%,所需的干燥時(shí)間為10~20 min。疏解棉稈的微波干燥過程分為2個(gè)階段:升速階段和降速階段,其中降速階段持續(xù)時(shí)間較長,在整個(gè)干燥過程無明顯的恒速階段。微波干燥疏解棉稈的有效水分?jǐn)U散系數(shù)值為4.1997×10-8~1.8078×10-8 m2/s。(2)確定了描述疏解棉稈微波干燥特性的動(dòng)力學(xué)模型并進(jìn)行了驗(yàn)證。從經(jīng)典的干燥動(dòng)力學(xué)模型中選出7個(gè)常用的數(shù)學(xué)模型,以R2、χ2和RMSE作為判斷準(zhǔn)則,利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性擬合,得到Midilli模型有最大的R2值、最小的χ2和RMSE值,對Midilli模型進(jìn)行驗(yàn)證,預(yù)測值與實(shí)測值的直線關(guān)系誤差小于1%。(3)探明了不同干燥方式對疏解棉稈干燥時(shí)間的影響因素。結(jié)果表明,80℃熱風(fēng)干燥時(shí),含水量降至6%耗時(shí)超過60min;微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥時(shí)間隨著轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率的增大而減少,當(dāng)轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率為85%、60%和40%時(shí),干燥時(shí)間約為26min、34 min和42 min。(4)完成了疏解棉稈微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥工藝參數(shù)的優(yōu)化。以平均干燥速率和單位降水能耗為試驗(yàn)指標(biāo),通過單因素和正交試驗(yàn),確定疏解棉稈微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥的最佳工藝為:熱風(fēng)溫度95℃,轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率57%,微波功率700W。在此干燥條件下,與熱風(fēng)、微波單獨(dú)干燥的單位降水總能耗相比,微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥分別降低了106.7%、10.4%。(5)探明了不同干燥方法對疏解棉稈的靜曲強(qiáng)度和彈性模量值的影響。利用電子萬能試驗(yàn)機(jī)測定經(jīng)熱風(fēng)溫度60℃、80℃、100℃和微波功率350W、500W、700W干燥后的疏解棉稈的彎曲性能。熱風(fēng)干燥后疏解棉稈的靜曲強(qiáng)度和彈性模量值分別為11.34~23.82MPa、0.51~0.96GPa,微波干燥后疏解棉稈的靜曲強(qiáng)度和彈性模量值分別為24.26~33.57MPa、0.91~1..28GPa。(6)探明了不同干燥處理疏解棉稈制備的棉稈重組材的靜曲強(qiáng)度和彈性模量。對應(yīng)于微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥制備的棉稈重組材的平均靜曲強(qiáng)度值和平均彈性模量值分別為52.07MPa和2.01GPa,700W微波干燥的分別為40.86MPa和1.83GPa,95℃熱風(fēng)干燥的分別為24.73MPa和1.19GPa。(7)完成了疏解棉稈傳熱傳質(zhì)過程的模擬及驗(yàn)證。針對疏解棉稈干燥過程中不同時(shí)刻的溫度和水分分布,利用ANSYS軟件進(jìn)行數(shù)值模擬,得到了疏解棉稈微波熱風(fēng)干燥過程中的溫度、水分分布及變化情況。驗(yàn)證結(jié)果表明,溫度場、水分場的實(shí)測值與測定值基本吻合,數(shù)值模擬可以用于干燥過程中的溫度、水分變化的模擬。(8)分析了干燥后疏解棉稈的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分變化。利用掃描電鏡、紅外光譜手段進(jìn)行分析,干燥時(shí)間、熱風(fēng)溫度和微波干燥時(shí)間影響著疏解棉稈的力學(xué)性能,與熱風(fēng)干燥相比,微波干燥可以增加疏解棉稈內(nèi)部的微孔數(shù)量,提高干燥速率,降低干燥時(shí)間,減少了木質(zhì)素、半纖維素的分解,同時(shí)減少了干燥過程中不可逆應(yīng)變的產(chǎn)生,有利于提高疏解棉稈的力學(xué)性能,更適合于疏解棉稈的干燥。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TS653;X712

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本文編號：1312179