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樟子松木材高温干燥过程中水分的非稳态扩散和干燥能耗的研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为更加高效广泛地利用樟子松材,对不同初含水率(IMC)的木材进行高温干燥试验。探究相同厚度下不同初含水率木材高温干燥能耗。并依据非稳态扩散理论,在一定的实验条件下探讨不同初含水率对水分径向扩散系数的影响。结果表明:初含水率越高,扩散系数越大,在纤维饱和点附近达到最大值。当含水率在纤维饱和点以下时,水分扩散系数随着初含水率的增加而增大;而当木材含水率在纤维饱和点以上时,其扩散系数基本保持恒定。樟子松材高温干燥过程中,干燥时间越长,能耗越大;不同初含水率试件干燥结束时的能耗不同,初含水率越高,高温干燥过程用时越长,能耗越大。木材干燥过程中依据含水率的差异进行分级干燥可以达到节能的目的。 相似文献
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马尾松木材在高温干燥中的水分扩散性 总被引：9，自引：0，他引：9
对马尾松木材在高温干燥过程中的水分非稳态扩散进行了研究 ,结果表明当含水率高于纤维饱和点时 ,水分扩散系数随含水率的降低而增加 ;当含水率低于纤维饱和点时 ,水分扩散系数随含水率的下降而减少。马尾松木材的径向扩散系数大于弦向扩散系数。随着温度的升高和相对湿度的降低 ,木材的横向水分扩散系数增大 相似文献
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采用非稳态法测定龙竹竹材热压干燥过程中的水分扩散系数,并探讨了温度对水分扩散系数的影响.结果表明:干燥温度越高,干燥各阶段水分扩散系数及平均水分扩散系数也越大;初始高含水率阶段,随含水率逐渐降低,水分扩散系数呈逐步增加趋势,在纤维饱和点附近时达最大值;随后,随含水率逐渐降低呈逐步减少趋势. 相似文献
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《林业科学》2017,(6)
【目的】基于低场核磁共振技术考察木材干燥过程中水分的横向弛豫特性,以阐释干燥时木材中水分状态的变化机制,为木材干燥及水分处理提供理论依据及数据支持。【方法】以20 mm(L)×5 mm(R)×5 mm(T)的南方松为试验材料,采用两步法将试材从饱水状态干燥至约5%含水率,通过定期测定含水率和横向弛豫时间,分析木材干燥时内部水分状态变化及迁移情况,探究自由水与吸着水的分界及其与纤维饱和点的关系。【结果】1)饱水试材存在2个明显的弛豫峰和1个峰肩,三者的横向弛豫时间为67.65、1.24和11~13 ms,分别对应着细胞腔中的自由水、细胞壁中的吸着水和微毛细管系统中的毛细管水。2)木材干燥初期,自由水含水率不断下降,在总含水率为20%左右时,自由水才蒸发殆尽;吸着水含量在木材干燥至40%总含水率时基本保持不变,当总含水率降到40%以下时,吸着水即开始解吸。3)随着干燥过程的进行,自由水的横向弛豫时间随含水率的降低而不断减小;而多、单分子层吸着水的横向弛豫时间则以6%左右的含水率为界分别表现出轻微下降和显著下降的不同趋势。【结论】1)木材中主要存在3种类型的水分,分别为自由水、吸着水和毛细管水。2)平均含水率在传统定义的纤维饱和点(30%)以下时自由水仍然存在,这主要是由于干燥过程中木材内部水分分布不均造成的,且在40%~20%含水率范围内,木材表层发生吸着水解吸的同时其芯层仍有自由水的排除。3)随着干燥过程的进行,自由水、吸着水弛豫峰的顶点位置持续左移,揭示2种水分的平均横向弛豫时间不断减小,即在干燥过程中,木材对残余水分的束缚逐渐增强,干燥难度也随之增加。 相似文献
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木材内部水分扩散特性研究现状及发展趋势 总被引：1，自引：1，他引：0
扩散是水分在木材内部移动的一种重要途径。文中围绕木材内部水分的扩散机理、测试方法及其影响因素3个方面阐述水分扩散的驱动力类型及其在木材内部的基本移动路径,总结稳态和非稳态水分扩散系数的测试及计算方法;综述树种、早/晚材、心/边材、幼龄/成熟材等因素对水分扩散特性的影响机制;归纳木材含水率、温度等因素对木材内部水分扩散的作用规律;结合国内外关于水分扩散的研究现状,指出一些亟待解决的问题,以期为木材干燥、木结构建筑、木质包装材料的研究与应用提供参考。 相似文献
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采用两种改进的多孔固体材料水分扩散偏微分方程分析求解方法,即Dincer方法与Crank方法,分析并计算落叶松干燥过程的水分扩散系数(D)与水分传递系数(k)。使用扩散型微分方程对落叶松干燥过程进行数学模拟,木材试件被理想化为无限大平板状材料,假定木材内部水分的扩散过程是一维的。实验测定了不同干燥介质条件下木材干燥动力曲线。基于取得的实验数据,通过Dincer方法计算了木材水分扩散系数(D)与水分传递系数(k);使用传统的Crank方法分析计算了木材动态水分扩散系数(D)。研究表明,使用Dincer方法计算的木材水分扩散系数(D)均大于相应实验条件下Crank方法计算数值,接近1个数量级。这种结论应该是由于两种分析求解方法间的差异以及水分扩散与热量传递数学求解间的差异。因此相关的水分扩散微分方程的分析求解方法有待改进。随干燥介质温度的升高,木材水分扩散系数(D)与水分传递系数k均显著增大,可以采用Arrhenius方程与木材结合水传递理论来分析解释实验条件下的扩散系数(D)与干燥介质温度(T)间的变化趋势。图2表3参6。 相似文献
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百度试验条件下木材含水率场的数学分析及其实用意义 总被引：2，自引：0，他引：2
为将控制工程理论中的系统辩识方法应用于木材干燥技术，本文建立起在进行百度试验时沿厚度方向木材含水率场随时间变化的数学模型并求出其数学解。这一数学解表述了在百度试验条件下木材初含水率、干燥时间、即时含水率和相应的扩散系数之间的动态函数关系。据此，可以通过试验的方法得到在此条件下不同树种木材水分在不同含水率条件下的扩散系数，从而为制定木材干燥基准给出必要的数据。本文试图为用控制工程理论研究木材干燥技术提供一条新的思路。 相似文献
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利用木材中的非稳态扩散原理及其近似计算公式预测板材的含水率 ,方法是先测出该种板材的小试件在干燥过程中的含水率 ,计算出平均扩散系数 ,再利用该扩散系数计算出板材在干燥过程中各个相应时间内的含水率 相似文献
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当木材细胞腔中的水分(自由水)、蒸发完毕,而细胞壁中的水分(吸附水)达到饱和状态时木材的含水率称为纤维饱和点。纤维饱和点是木材材性的转折点,并因树种不同和温度的改变而变化。当湿木材由室温冷至水的冰点时,木材的纤维饱和点m_f增高,导致木材膨胀。其原因是,木材细胞壁中水的蒸汽压p随着温度的降低比液态水的饱和蒸汽压p。的降低来得迅速,即p相似文献
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以樟子松为原料,采用正交试验法,研究了不同木材含水率(10%、20%、30%)、高温热处理温度(180、200、220℃)、处理时间(2、3、4 h)三个因素对樟子松处理前后弦向干缩性和湿胀性、吸水性、密度的影响,以及樟子松高温热处理时,被处理材含水率、处理温度与处理时间的优化组合。结果表明:较高初始含水率、较高热处理温度和较长高温处理时间可改善木材的干缩性和湿胀性,使木材尺寸稳定性更好;在较剧烈的热处理条件下,初始含水率的大小不会影响热处理材密度降低的趋势;热处理温度、时间和含水率对吸水性的影响不呈线性关系。 相似文献
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研究了红榉在不同光合有效辐射(PAR)强度及不同CO2浓度(CCO2)范围内叶片光合及水分生理生态参数的变化特征。结果表明:①当大气CO2浓度为400μmol/mol时,红榉叶片净光合速率(Pn)与光合有效辐射(PAR)之间回归方程为Pn=-9×10-6PAR2+0.021 2PAR+0.592,光饱和点、补偿点及表观量子效率分别为1 177.8μmol/(m2.s)、20.0μmol/(m2.s)、0.034 5 mol/mol;叶片蒸腾速率(Tr)与PAR间回归方程:Tr=0.002 5PAR+4.535(R2=0.816 9,n=48);叶片水分利用效率(WUE)和PAR之间的回归方程:WUE=-2×10-6PAR2+0.003 3PAR+0.193 9(R2=0.822 2,n=48);②1 200μmol/(m2.s)PAR条件下,Pn与CCO2之间回归方程为Pn=-2×10-5C2CO2+0.062 1CCO2-5.501 8(R2=0.936,n=48),CO2饱和点、补偿点、羧化速率分别为1 552.5μmol/mol、84.8μmol/mol、0.040 3 mol/(m2.s);Tr随CCO2增强基本保持稳定不变;WUE与CCO2之间回归方程为:WUE=-3×10-6C2CO2+0.010 5 CCO2-0.944 2(R2=0.894 1,n=48)。 相似文献
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《林业科学》2016,(10)
【目的】研究木材密度和含水率对其轴向超声波传播速度的影响及其规律,为木材超声波无损检测技术的应用提供理论依据。【方法】采用超声波探伤仪Epoch XT对6个树种木材(3种针叶材:杉木、红松和樟子松,3种阔叶材:核桃楸、白桦和蒙古栎)在不同相对湿度环境(20℃,50%RH,65%RH,85%RH和95%RH)达平衡含水率的木材试样轴向声速进行测定,分析木材密度和含水率对其轴向声速的影响,探讨含水率的增加在不同树种木材间引起轴向声速降低量的差异及其原因。【结果】6个树种木材在同一相对湿度下的平衡含水率存在差异,随着相对湿度增加,不同树种木材之间平衡含水率的差异增大。3种阔叶材的绝干密度均高于3种针叶材,但阔叶材与针叶材之间轴向声速的比较没有发现规律性;对于单一树种木材而言,其绝干密度与轴向声速之间的相关性不显著,决定系数R~2均低于0.24;对6个树种木材的绝干密度与轴向声速之间的关系进行统一分析,结果发现木材轴向声速随绝干密度的增加总体上呈降低的变化趋势,但二者之间无显著相关性,决定系数R~2仅为0.42。6个树种木材的轴向声速均随含水率的增加呈线性减小的变化趋势,线性回归的决定系数R~2均大于0.91;与3种阔叶材相比,3种针叶材之间"单位含水率的轴向声速降低量"的差异程度较小:针叶材中红松与樟子松单位含水率的轴向声速降低量几乎相等,分别为42.6 m·m~(-1)%~(-1)和42.4 m·m~(-1)%~(-1),杉木单位含水率的轴向声速降低量最小,为38.1 m·m~(-1)%~(-1);阔叶材中蒙古栎单位含水率的轴向声速降低量最大,为55.4 m·m~(-1)%~(-1),约为白桦(23.1 m·m~(-1)%~(-1))的2.4倍。【结论】无论是对单一树种木材还是6个树种木材的综合分析,结果均表明,木材绝干密度与其轴向声速之间无显著相关性。超声波沿木材轴向的传播速度不能仅用密度单一因子来预测,其在很大程度上还取决于木材的组织构造特点,如管胞、导管和木纤维的长度以及木射线比率等。在纤维饱和点以下,6个树种木材的轴向声速均随含水率的增加呈线性减小的变化趋势。吸着水增多使得木材细胞壁实质的声阻增加是引起木材轴向声速与含水率呈负相关的原因。此外,木材组织构造与细胞类型的差异、抽提物含量的高低、侵填体的有无以及木射线比率等均可能是引起不同树种木材之间"单位含水率的轴向声速降低量"存在差异的原因。 相似文献
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木材电热远红外线干燥内部温度的实验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
用电热远红外线干燥大量木材,发现木材内部温度高于外部温度的现象,并作了初步分析:(1)在特定条件下,木材干燥内温高于外温的快慢时间,取决于木材的含水率与厚度,厚度、含水率大者则慢,反之则快。(2)随树种材质而不同,材质致密者慢,疏松者快。(3)木材内外温差的大小,则与上述条件相反。远红外线干燥木材,主要是木材纤维素、木素和水分等强烈地吸收远红外线电磁波,其吸收率可达90％以上;辐射、吸收、再辐射、再吸收,如此循环,促进了木材含水率与干燥温度均内高外低,方向一致,达到了同步干燥目的。蒸发木材中水分1kg耗电1kwh。 相似文献
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[目的]针对木材干燥耗时长、效率低的问题,以改变司职水分疏导功能的木材分子关键部位的微观结构为手段,通过改善木材的渗透性和水分的流动性,建立易于水分移动的新路径,达到缩短木材干燥时间的目的.在描述蒙古栎导管分子细胞壁构造变异的形态、数量和程度以及表征处理材在常规蒸汽干燥全程和各阶段干燥速率变动的基础上,探索并建立辊压预处理工艺条件、构造特征变异与干燥速率三者的相关关系.[方法]依托木材的黏弹性和水分移动机制,以蒙古栎为试材,对其含水率47％～55％、900 mm(长)×100 mm(宽)×30 mm(厚)的径切板和弦切板施行2个压缩方向(径向和弦向)、3种压缩率(10％,20％和30％)和3种压缩次数(1,4和9次)的辊压预处理,使用环境扫描电子显微镜(Fei Quanta 200)观察研究辊压处理材的导管分子微观构造特征变异,并在常规蒸汽干燥全程和各阶段测试和分析处理木材的干燥速率变动规律.[结果]环境扫描电镜观察表明,辊压压缩预处理使蒙古栎导管分子纹孔膜破裂和细胞壁出现裂隙,可形成水分移动的微观新路径;随着压缩率增大、压缩次数增加,纹孔膜破裂的数量和程度、细胞壁破坏的规模和尺寸增加,木材的渗透性和水分的流动性得到改善,缩短木材干燥时间.在常规蒸汽干燥的6个阶段和干燥全程,辊压预处理材的干燥速率均大于未处理材;压缩率和压缩方向相同时,干燥速率随压缩次数的增加而增大;压缩方向和压缩次数相同时,干燥速率随压缩率的增加面加快;压缩率和压缩次数相同时,径向压缩的弦切板干燥速率快于弦向压缩的径切板.[结论]以试材初含水率50％、终含水率15％计算,辊压预处理材的全程干燥时间均少于未处理材,弦向压缩径切板干燥时间缩短6.67％～23.64％,径向压缩弦切板缩短4.55％ ～ 13.02％.辊压预处理可在蒙古栎试材内部形成微观的水分移动新路径,改善水分的渗透性和流动性,缩短木材干燥时间. 相似文献
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了解木材干燥过程中的水分迁移和热量传递规律有助于提高木材的干燥质量,改善干燥工艺,节约能源。以樟子松(Pinus sylvestris)为材料,建立能够较准确模拟木材干燥过程中含水率和温度分布变化的多尺度单元表征模型,模型由宏观尺度上3个耦合方程——2个水分扩散方程和1个热量平衡方程,以及微观尺度上的单个细胞水分迁移的平衡方程组成。解析模型的过程为:分析初始条件和边界条件、有限元网格的生成、方程离散化、查找相应物性参数、MATLAB软件编程求解。最后通过试验分析验证了建立的多尺度模型的准确性:在80℃进行切片称质量法和容积密度法试验值和模拟值的比较,2种方法的试验值与模拟值之间均没有显著性差异(P0.05),表明2种方法都可以反映出模拟值的准确性;切片称质量法P0.5,容积密度法P0.5,表明容积密度法与模型结果更加吻合。用容积密度法进行40,60和80℃下试材平均含水率的变化试验,比较试验结果和模拟值,两者吻合较好,证明多尺度单元表征模型可以反映出干燥的传热传质行为。 相似文献
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【目的】研究常规干燥过程中干燥基准、预处理条件、含水率对木材干燥应力的影响,探讨干燥应力沿髓心至树皮方向的分布情况,以实现干燥应变的模拟预测。【方法】整合分析采用图像解析法测算得到的弹性应变和机械吸附蠕变相关数据,基于人工神经网络模型,以干燥温度、含水率、相对湿度、距髓心距离为输入变量对弹性应变进行模拟预测,以预处理温度、干燥温度、含水率、相对湿度、距髓心距离为输入变量对机械吸附蠕变进行模拟预测。通过网络训练和验证,得到合理的人工神经网络预测模型,并对模型进行测试,探讨分析所建立模型的预测能力。【结果】弹性应变预测模型中,各数据集均呈现出较好的相关性,训练集、验证集和测试集的相关系数(R)分别为0.988、0.983和0.978,所有数据集的决定系数(R~2)均高于0.95,验证集达到最优时的均方差(MSE)为1.21×10~(-6)。机械吸附蠕变预测模型中,利用含水率为28%和12%的数据集进行模型训练和验证,训练集和验证集的相关系数(R)分别为0.981、0.977,验证集达到最优时的均方差(MSE)为1.26×10~(-6);利用含水率20%的数据集进行模型测试,测试集的相关系数(R)为0.969,所有数据集的决定系数(R~2)均高于0.94,网络模型能够解释94%以上的试验数据,表现出较好的预测能力。【结论】所建立模型的预测值和试验值吻合较好,预测成功率较高,能够为人工神经网络在干燥应力、应变方面的应用提供可行性依据。 相似文献
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以白橡热压干燥材为研究对象,利用动态水分吸附仪研究了不同热压温度干燥处理后白橡木材和未处理对照材的等温吸湿特性,并采用H-H模型拟合;分析热压干燥对木材吸湿特性的降低机理。结果表明:白橡木材等温吸湿线皆为IUPAC Ⅱ型等温吸湿线。在任意相对湿度下,热压干燥材平衡含水率均明显低于对照材,且热压温度越高,平衡含水率降低越明显。H-H模型对白橡木材等温吸湿数据表现出良好的拟合效果。单分子层和多分子层含水率降低共同作用使得热压干燥材吸湿性降低,且相对湿度越高,多分子层水的减少对吸湿性的降低作用越大。与对照材相比,热压干燥材(140、150 ℃和160 ℃)的纤维饱和点推测值分别降低8.89%、11.76%和13.62%。白橡热压干燥材吸湿性降低机理主要为游离羟基等亲水基团含量减少和细胞壁刚度增加等。 相似文献