本文關(guān)鍵詞：含髓心方材高頻真空干燥傳熱傳質(zhì)及數(shù)值分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：木材干燥是木材加工過程中極其重要的環(huán)節(jié)之一。快速、高效、高品質(zhì)干燥技術(shù)的開發(fā)及實(shí)施,對(duì)于改善木材性能、提高木質(zhì)品質(zhì)量、延長其使用壽命、高效利用木材、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等具有重要意義。木材高頻真空干燥就是一種干燥速度快、品質(zhì)高的先進(jìn)技術(shù),但由于干燥過程中木材溫度和含水率等重要參數(shù)難于檢測,使得即使有適宜的干燥工藝也難以可靠實(shí)施,因而該技術(shù)難以在木材干燥生產(chǎn)過程中實(shí)際推廣。因此本文以多孔材料傳熱傳質(zhì)理論為基礎(chǔ),結(jié)合高頻真空干燥特點(diǎn),從理論上分析了高頻真空干燥過程中含髓心方材內(nèi)部水分及熱量的傳遞機(jī)理；通過質(zhì)量、能量守恒方程等建立了高頻真空干燥過程中木材內(nèi)部熱質(zhì)遷移一維數(shù)學(xué)模型；通過數(shù)值分析方法對(duì)控制方程進(jìn)行求解,系統(tǒng)研究了高頻真空干燥過程中木材內(nèi)部含水率、溫度、水蒸氣壓力、密度等參數(shù)的變化規(guī)律和分布規(guī)律。研究結(jié)果可為干燥過程的精準(zhǔn)自動(dòng)控制奠定基礎(chǔ),為干燥工藝的改進(jìn)及可靠實(shí)施提供必要的信息。研究的主要內(nèi)容和結(jié)果概括如下：詳細(xì)闡述了高頻真空干燥過程中木材內(nèi)部水分及熱量的傳遞機(jī)理：對(duì)于長度短于2000mm、斷面大于120mm的方材,自由水和水蒸氣主要是在總壓力梯度作用下以滲流方式沿纖維方向向外遷移,大部分水分是先蒸發(fā),然后以蒸氣形式向外遷移；熱量主要以熱傳導(dǎo)形式由內(nèi)向外傳遞。將菲克定律與達(dá)西定律統(tǒng)一起來,通過理論推導(dǎo),利用擴(kuò)散方程表達(dá)滲流形式。對(duì)物理模型進(jìn)行合理的簡化與假設(shè),考慮木材內(nèi)部各相的動(dòng)量、質(zhì)量、能量守恒關(guān)系,建立了高頻真空干燥過程中含髓心方材的一維傳熱傳質(zhì)非線性耦合數(shù)學(xué)模型。該模型以時(shí)間和空間為自變量,含水率、溫度、水蒸氣密度、水蒸氣壓力、體積蒸發(fā)率等參數(shù)為因變量。根據(jù)Whitaker體積平均理論,利用控制容積法對(duì)數(shù)學(xué)模型和其邊界條件的控制方程進(jìn)行離散,采用顯示差分法獲得線性離散方程組,運(yùn)用MATLAB編程對(duì)模型進(jìn)行了數(shù)值模擬。該模型與傳統(tǒng)模型相比的優(yōu)勢在于：傳統(tǒng)模型將所有因變量整合到質(zhì)量守恒、能量守恒兩個(gè)方程中,各因變量相互耦合,難于求解甚至因?yàn)橐蜃兞總�(gè)數(shù)多于方程個(gè)數(shù)而無法求解。本文所建立模型中每個(gè)因變量都有各自獨(dú)立的控制方程,原本相互耦合的因變量按步驟解耦,每個(gè)因變量均可以獨(dú)立求解；傳統(tǒng)模型求解時(shí)含水率及溫度隨時(shí)間變化曲線僅用平均值表示。本文將試材沿長度方向分成若干區(qū)域,計(jì)算結(jié)果可表示為不同區(qū)域各參數(shù)隨時(shí)間變化曲線,因此能把握整個(gè)干燥過程中木材內(nèi)部各參數(shù)的分布變化規(guī)律。通過改變模型參數(shù),研究了木材滲透率、長度、初始含水率、高頻功率密度和控制溫度等對(duì)木材含水率、溫度變化規(guī)律和分布規(guī)律的影響。結(jié)果表明：以上參數(shù)對(duì)木材干燥時(shí)間、干燥速度、溫度都具有一定的影響,其中高頻功率密度、滲透率影響較大,相同環(huán)境壓力和木材控制溫度條件下,高頻功率密度越大,溫度上升速度越快、干燥時(shí)間越短、干燥速度快；滲透率越高,干燥時(shí)間越短、干燥速度快,溫度上升速度越慢。以日本柳杉(Cryptomeria japonica)為試驗(yàn)材料,測量了不同時(shí)刻不同位置的含水率與溫度值,并且對(duì)比分析了相應(yīng)位置的試驗(yàn)測量值和模型計(jì)算模擬預(yù)測值的變化規(guī)律。結(jié)果顯示：試驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果擬合較好,數(shù)值計(jì)算結(jié)果較準(zhǔn)確,能夠預(yù)測高頻真空干燥過程中溫度、含水率的變化規(guī)律及其熱質(zhì)轉(zhuǎn)移過程。
【關(guān)鍵詞】：含髓心方材 高頻真空干燥 傳熱傳質(zhì) 數(shù)學(xué)模型 差分方程 數(shù)值分析
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S782.31
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 1 緒論14-27
• 1.1 引言14
• 1.2 高頻真空干燥原理14-16
• 1.2.1 高頻加熱原理14-16
• 1.2.2 真空干燥原理16
• 1.3 高頻真空干燥優(yōu)缺點(diǎn)16-19
• 1.3.1 高頻干燥優(yōu)缺點(diǎn)16-18
• 1.3.2 真空干燥優(yōu)缺點(diǎn)18
• 1.3.3 高頻真空干燥優(yōu)缺點(diǎn)18-19
• 1.4 多孔材料傳熱傳質(zhì)數(shù)值分析方法19-21
• 1.5 干燥模型基本理論21-23
• 1.6 國內(nèi)外高頻真空干燥及傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型的研究現(xiàn)狀23-25
• 1.6.1 國外研究現(xiàn)狀23-24
• 1.6.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀24-25
• 1.7 本研究目的意義25-26
• 1.8 主要研究內(nèi)容26
• 1.9 研究的創(chuàng)新點(diǎn)26-27
• 2 高頻真空干燥過程中木材內(nèi)部傳熱傳質(zhì)機(jī)理27-38
• 2.1 連續(xù)介質(zhì)理論27-30
• 2.1.1 理論概述27
• 2.1.2 多孔材料傳熱傳質(zhì)重要參數(shù)27-30
• 2.2 木材高頻真空干燥傳熱傳質(zhì)機(jī)理30-33
• 2.2.1 木材高頻真空干燥傳質(zhì)機(jī)理30-32
• 2.2.2 木材高頻真空干燥傳熱機(jī)理32-33
• 2.3 水分的擴(kuò)散與滲流33-34
• 2.4 高頻加熱機(jī)理34-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 3 高頻真空干燥傳熱傳質(zhì)控制方程38-52
• 3.1 模型假設(shè)38
• 3.2 表征體積單元38-39
• 3.3 傳熱傳質(zhì)控制方程39-46
• 3.3.1 液相水質(zhì)量守恒方程39-40
• 3.3.2 水蒸氣質(zhì)量守恒方程40-41
• 3.3.3 熱力學(xué)關(guān)系式41-42
• 3.3.4 能量守恒方程42-46
• 3.4 定解條件46-51
• 3.4.1 幾何條件47
• 3.4.2 初始條件47-48
• 3.4.3 邊界條件48-49
• 3.4.4 表面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)系數(shù)49-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 4 高頻真空干燥傳熱傳質(zhì)模型數(shù)值解52-68
• 4.1 連續(xù)區(qū)域網(wǎng)格劃分52-53
• 4.2 數(shù)學(xué)模型差分方程53-67
• 4.2.1 含水率差分方程53-57
• 4.2.2 水蒸氣密度、水蒸氣壓力、相對(duì)濕度差分方程57-58
• 4.2.3 體積蒸發(fā)率差分方程58-60
• 4.2.4 溫度差分方程60-66
• 4.2.5 表面蒸發(fā)率66-67
• 4.3 本章小結(jié)67-68
• 5 高頻真空干燥影響因素分析68-85
• 5.1 滲透率對(duì)含水率及溫度變化曲線的影響68-71
• 5.1.1 干燥條件68
• 5.1.2 計(jì)算結(jié)果分析68-71
• 5.2 初始含水率對(duì)含水率及溫度變化曲線的影響71-74
• 5.2.1 干燥條件71
• 5.2.2 計(jì)算結(jié)果分析71-74
• 5.3 試材長度對(duì)干燥曲線及溫度曲線的影響74-78
• 5.3.1 干燥條件74-75
• 5.3.2 計(jì)算結(jié)果分析75-78
• 5.4 高頻功率密度對(duì)干燥曲線及溫度曲線的影響78-81
• 5.4.1 干燥條件78
• 5.4.2 計(jì)算結(jié)果分析78-81
• 5.5 控制溫度對(duì)干燥曲線及溫度曲線的影響81-84
• 5.5.1 干燥條件81
• 5.5.2 計(jì)算結(jié)果分析81-84
• 5.6 小結(jié)84-85
• 6 試驗(yàn)結(jié)果與模擬計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析85-99
• 6.1 試驗(yàn)裝置、材料及方法85-87
• 6.1.1 試驗(yàn)裝置85
• 6.1.2 試驗(yàn)材料85-86
• 6.1.3 試驗(yàn)方法86-87
• 6.2 模擬計(jì)算結(jié)果87-94
• 6.2.1 干燥條件87
• 6.2.2 含水率模擬結(jié)果87-88
• 6.2.3 溫度模擬結(jié)果88-89
• 6.2.4 水蒸氣壓力模擬結(jié)果89-91
• 6.2.5 水蒸氣密度模擬結(jié)果91-92
• 6.2.6 體積蒸發(fā)率模擬結(jié)果92-93
• 6.2.7 表面蒸發(fā)率模擬結(jié)果93-94
• 6.3 實(shí)測值與模擬值對(duì)比分析94-98
• 6.3.1 含水率對(duì)比分析94-96
• 6.3.2 溫度對(duì)比分析96-98
• 6.4 本章小結(jié)98-99
• 結(jié)論99-101
• 參考文獻(xiàn)101-108
• 附錄1108-112
• 附錄2112-115
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文115-116
• 致謝116-117

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李曉玲,小林功,黑田尚宏,高瑞清;日本柳杉髓心方材高頻真空干燥試驗(yàn)[J];北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2005年S1期

2 王廷魁,時(shí)維春;木材微波干燥的極化理論[J];東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1988年03期

3 趙廣杰,戴芳夭,王金滿;木材的介電弛豫和分子運(yùn)動(dòng)[J];東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1993年06期

4 王金忠，崔永毅，孔祥謙;貼附射流蒸發(fā)傳質(zhì)法確定多孔介質(zhì)熱質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)測定方法的研究[J];哈爾濱船舶工程學(xué)院學(xué)報(bào);1994年04期

5 歸柯庭，韓吉田，施明恒;用恒熱流法測定多孔介質(zhì)的熱質(zhì)遷移特性參數(shù)[J];計(jì)量學(xué)報(bào);1995年04期

6 李曉玲,高瑞清,黑田尚宏,小林功;人工林楊木的高頻真空干燥工藝[J];木材工業(yè);2004年04期

7 劉昌鐸;木材微波干燥技術(shù)[J];木材工業(yè);1996年03期

8 楊洲,段潔利;微波干燥及其發(fā)展[J];糧油加工與食品機(jī)械;2000年03期

9 雷樹業(yè),鄭貫宇;含濕多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)三參數(shù)滲流模型研究方法[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1997年02期

10 蔣禮;多孔介質(zhì)預(yù)熱過程的水分流和熱流研究[J];岳陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年03期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 陶斌斌;多孔介質(zhì)對(duì)流干燥傳熱傳質(zhì)機(jī)理的研究及其數(shù)值模擬[D];河北工業(yè)大學(xué);2004年

2 肖輝;高頻真空干燥過程中木材的熱質(zhì)傳遞特性[D];東北林業(yè)大學(xué);2009年

  本文關(guān)鍵詞：含髓心方材高頻真空干燥傳熱傳質(zhì)及數(shù)值分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：329653