对流干燥木材热质迁移数值模型研究
发布时间：2021-04-29 08:00
长久以来,人们一直企盼通过干燥理论的研究建立干燥模型,以期在计算机上获取干燥过程中木材内部可靠即时信息,以取代耗时、费力且耗材的试验研究。遗憾的是,直到今天仍未实现预期目标。对于大多数干燥操作,在无经验的情况下,只能通过试验取得相关数据来指导生产实践。为实现上述目标,本论文主要从数学模型的建立、求解及验证3方面深入研究木材干燥过程。基于木材传热特性,建立了木材含水率检测热学数学模型与仅考虑热量传递的预热数学模型（木材实体的热量场）;基于木材传热传质特性,将水分场考虑在内建立热质迁移数学模型（木材实体的热质耦合场）;介绍求解木材有效参数数值逆分析方法;在此基础上,将环境干燥介质考虑在内,建立一个综合的热质传递数学模型（流-固热质耦合场）;最终对所有模型进行数值求解及验证。旨在完善及推广数学模型在木材干燥领域中的应用,使其能成为一种实用、有效的方法来辅助木材干燥特性检测,为干燥工艺的改进及可靠实施提供必要的信息。本论文的主要研究内容及成果如下:（1）利用木材热学性质,通过外置热绳提供稳定热源,计算木材处于不同含水率下升温速率的差异,间接测算木材含水率;并对所获结果进行实际验证与不确定度分析...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景
1.2 木材干燥概述
1.3 木材干燥热质模型研究进展
1.3.1 水分迁移
1.3.2 能量转移
1.3.3 应力应变
1.3.4 数值求解
1.3.5 小结
1.4 论文的研究目的与意义
1.5 论文提纲
2 基于热绳技术的木材含水率检测热学模型研究
2.1 概述
2.2 基本原理
2.2.1 热绳技术
2.2.2 水分与木材热学性质关系
2.3 不确定度分析
2.3.1 用测量不确定度评定来代替误差评定的理由
2.3.2 测量不确定度评定步骤
2.3.3 标准不确定度定义及分类
2.3.4 测量不确定度的应用场合
2.4 材料与方法
2.5 结果与讨论
2.6 本章小结
3 干燥预热模型的建立、求解及验证
3.1 概述
3.2 模型构建
3.2.1 初始条件
3.2.2 边界条件
3.3 模型求解
3.4 模型验证
3.4.1 材料与方法
3.4.2 结果与讨论
3.5 本章小结
4 考虑移动蒸发界面的热质模型的建立、求解及验证
4.1 概述
4.2 机理分析
4.2.1 木材中的水分及存在状态
4.2.2 干燥过程中木材水分迁移机理
4.3 模型构建
4.3.1 模型假设
4.3.2 质量(含水率与水蒸气密度)控制方程
4.3.3 能量(温度)控制方程建立
4.3.4 热力学关系式建立
4.3.5 含水率与温度初始、边界条件建立
4.4 模型求解
4.5 模型验证
4.5.1 材料与方法
4.5.2 结果与讨论
4.6 本章小结
5 模型求解中涉及主要热、物参数测算
5.1 概述
5.2 基于有限差分逆求有效导热系数
5.2.1 材料与方法
5.2.2 模型建立
5.2.3 结果与讨论
5.2.4 小结
5.3 基于遗传算法逆求有效导热系数
5.3.1 模型建立
5.3.2 优化算法
5.3.3 材料与方法
5.3.4 结果与讨论
5.3.5 小结
6 考虑环境干燥介质的综合热质模型的建立、求解及验证
6.1 概述
6.2 模型构建
6.2.1 机理概述
6.2.2 环境流体-干燥介质质量、动量及能量控制方程
6.2.3 木材实体-木材质量与能量控制方程
6.2.4 边界条件
6.3 模型求解
6.4 模型验证
6.4.1 材料与方法
6.4.2 结果与讨论
6.5 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
附件
本文编号：3167161
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景
1.2 木材干燥概述
1.3 木材干燥热质模型研究进展
1.3.1 水分迁移
1.3.2 能量转移
1.3.3 应力应变
1.3.4 数值求解
1.3.5 小结
1.4 论文的研究目的与意义
1.5 论文提纲
2 基于热绳技术的木材含水率检测热学模型研究
2.1 概述
2.2 基本原理
2.2.1 热绳技术
2.2.2 水分与木材热学性质关系
2.3 不确定度分析
2.3.1 用测量不确定度评定来代替误差评定的理由
2.3.2 测量不确定度评定步骤
2.3.3 标准不确定度定义及分类
2.3.4 测量不确定度的应用场合
2.4 材料与方法
2.5 结果与讨论
2.6 本章小结
3 干燥预热模型的建立、求解及验证
3.1 概述
3.2 模型构建
3.2.1 初始条件
3.2.2 边界条件
3.3 模型求解
3.4 模型验证
3.4.1 材料与方法
3.4.2 结果与讨论
3.5 本章小结
4 考虑移动蒸发界面的热质模型的建立、求解及验证
4.1 概述
4.2 机理分析
4.2.1 木材中的水分及存在状态
4.2.2 干燥过程中木材水分迁移机理
4.3 模型构建
4.3.1 模型假设
4.3.2 质量(含水率与水蒸气密度)控制方程
4.3.3 能量(温度)控制方程建立
4.3.4 热力学关系式建立
4.3.5 含水率与温度初始、边界条件建立
4.4 模型求解
4.5 模型验证
4.5.1 材料与方法
4.5.2 结果与讨论
4.6 本章小结
5 模型求解中涉及主要热、物参数测算
5.1 概述
5.2 基于有限差分逆求有效导热系数
5.2.1 材料与方法
5.2.2 模型建立
5.2.3 结果与讨论
5.2.4 小结
5.3 基于遗传算法逆求有效导热系数
5.3.1 模型建立
5.3.2 优化算法
5.3.3 材料与方法
5.3.4 结果与讨论
5.3.5 小结
6 考虑环境干燥介质的综合热质模型的建立、求解及验证
6.1 概述
6.2 模型构建
6.2.1 机理概述
6.2.2 环境流体-干燥介质质量、动量及能量控制方程
6.2.3 木材实体-木材质量与能量控制方程
6.2.4 边界条件
6.3 模型求解
6.4 模型验证
6.4.1 材料与方法
6.4.2 结果与讨论
6.5 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
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本文编号：3167161
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