樟木过热蒸汽干燥数值模拟及工艺优化研究

发布时间：2020-08-09 19:09

【摘要】：樟木作为南方特有的经济树种,广布我国长江以南各地,木材纹理细密、美观、材色悦目、有樟脑香气、不生虫、不发霉等优点使得其木料用途很广,是供制作高档衣柜、箱子等家具的最佳材料,有着重要的经济价值,但干燥过程易出现干燥缺陷,限制其使用范围。本研究基于对樟木导热系数和汽蒸处理的数值模拟研究,比较分析过热蒸汽干燥温度对樟木传热传质的影响;同时通过采用持续升温和梯度升温的过热蒸汽干燥方法,研究110℃～140℃的过热蒸汽对樟木干燥质量、内部升温、颜色、力学强度、吸湿性和化学性质等影响规律,获得了樟木经过优化的高效、节能干燥工艺。研究结果表明:1)纵向和横向的导热系数模型很好地揭示木材含水率、密度和温度对传热性能的影响规律,随含水率的增加木材横向与纵向导热系数增大,其中纵向导热系数的增幅较大;同时,木材横向与纵向导热系数与木材的密度和温度成正相关,纵向导热系数与密度呈线性增加,温度对木材纵横导热系数的影响没有含水率及密度影响显著。2)通过对樟木过热蒸汽干燥的汽蒸处理工艺进行数值模拟,发现数值模拟仿真程序可以较为准确反映汽蒸过程中传热过程,获得了干燥介质温度、锯材尺寸及初含水率对传热及能耗的影响,其中锯材厚度对汽蒸处理传热速度影响最大,含水率次之,温度影响最小,锯材初含水率对热效率影响存在拐点,当干燥介质温度越高、锯材尺寸越小时,其热效率越高。3)选出了樟木过热蒸汽干燥优化工艺为100℃～120℃的梯度升温,通过结合温度对锯材传热传质的影响,整个干燥过程可以划分为保湿预热、恒速干燥和减速干燥3个阶段;当温度超过130℃时,干燥速率提升不明显,采用110℃～120℃的温度进行干燥,可以减少能耗;在梯度升温和持续升温两种升温方式的过热蒸汽干燥中,选用升温速率30℃/h、110℃～120℃的梯度升温进行干燥得到的干燥质量较好。4)对不同温度过热蒸汽处理樟木后的物化性能表征研究,结果表明用110℃、120℃得到的力学、吸湿性能好,化学性质稳定。过热蒸汽在110℃～140℃的范围内,随着温度的升高,明度呈先上升后降低的趋势,而樟木的干燥材基本保持原色;抗弯强度在120℃时取得最大值94.2MPa,高出对照材23.9%,抗弯弹性模量整体提高;同时,温度对樟木的吸湿性影响非常显著,干燥温度越高,木材的解吸能力越强,吸湿强度越弱,有效地提高了木材在使用时的尺寸稳定性;傅立叶变换红外光谱结果表明,过热蒸汽使得木材中的羟基和木质素中多聚糖数量显著减少,纤维素和半纤维素有部分降解,且随着干燥温度的提高,木材内羟基和羰基吸收强度的降低程度愈明显;结晶度大小随着温度的升高增大,增加幅度为2.56%～13.07%,而温度对樟木纤维素结晶区宽度的影响不明显。
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S782.31
【图文】：

硕士毕业论文邋逦樟木过热蒸汽干燥数值模拟及工艺优化研宄逡逑１．４研究技术路线逡逑为了更好的完成研宄内容，本研宄的主要内容及运用的实验方法和手段简单逡逑归纳如下：逡逑／逦Ｎ逡逑

２N２数学模型构建逡逑基于物理模型构建木材纵向与横向导热系数的数学模型，结合假定１与假定逡逑２绘制木材纵向热阻原理图，如图２．１所示逡逑—邋ＲＡ邋—Ｉ逡逑？邋－－１逦ｒＺ邋—－逡逑ＱＺ」舅邋１／＾逦１／逡逑ａ细胞结构逦ｂ固液气热阻逦ｃ热阻并联结构逡逑图２．１木材纵向热阻逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ邋ｏｆ邋ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ邋ｔｈｅｒｍａｌ逡逑其中２．１ａ为木材单个细胞结构简图，当热流Ｑｚ纵向通过木材时，通过假定５逡逑可知，木材由固相、液相与气相组成并联结构，如图２．１ｂ所示，其热阻如图２．１ｃ逡逑所示。在单位体积内，对于图２．１ｂ中气相而言，热流Ｑｚ流过的截面积为以１－＾，逡逑长度为１，由假定４可知，气相热阻为逡逑心逦（２．１）逡逑对于图２．１ｂ中液相而言，热流Ｑｚ流过的截面积为妗，长度为１，则液相热逡逑阻为逡逑？邋１邋１逡逑Ｒｄ逦（２－２）逡逑对于图２．１ｂ中固相而言，热流Ｑｚ流过的截面积为长度为１，则固相逡逑热阻为逡逑ｒｍ邋＝Ｙ￣Ｘ］￣＾逦（２．３）逡逑又Ｍ邋Ｈ逡逑１４逡逑

上式中ｆ为木材含水率。逡逑当热流Ｑｒ横向通过木材时，木材由固相、液相与气相组成串并联结构，如逡逑图２．２ｂ所示。其热阻如图２．２ｃ所示。逡逑Ｑｒ邋Ｉ逡逑＾｜邋＾２邋１邋Ｉ邋＾３邋１逡逑Ｉ逦Ｉ逦ｆ逦：［—Ｉ邋Ｒ４邋１—，！邋Ｉｐ－１邋Ｒ７邋Ｉ—１：逡逑Ｚ’—］逦＝■？ｆｃ－逦ｒＪ＾：逦—？邋＿邋：邋＾邋：邋：邋ｂｄ邋：邋＾逡逑Ｉ邋；；；．邋Ｉ邋Ｊ邋（２［邋ｒ７「：，邋Ｊ逡逑逦＾Ｚ逦Ｚ逦１邋—邋Ｒ４邋—邋１邋？邋—邋Ｒ７邋—．逡逑Ｌ逦Ｊ邋Ｌ逦Ｊ逡逑ａ细胞结构逦ｂ固液气热阻逦ｃ热阻串并联结构逡逑图２．２木材横向热阻逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ邋ｏｆ邋ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ邋ｔｈｅｒｍａｌ逡逑木材横向热阻推导过程与纵向热阻相似，此处不再赘述。木材的横向导热系逡逑数为逡逑１５逡逑

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本文编号：2787430