樟子松干燥过程传热传质的多尺度模型研究
发布时间：2021-12-11 07:36
掌握木材干燥过程中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,节约干燥能源。本研究以樟子松（Pinus sylvestris）为材料,建立能够较准确模拟木材干燥过程含水率和温度分布变化的多尺度模型,模型由宏观尺度上三个耦合方程：两个水分扩散方程和一个热量平衡方程,微观尺度上的单个细胞的水分迁移的平衡方程。解析模型：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编程求解。最后通过实验分析验证了建立的多尺度模型的准确性,结果如下：（1）在80℃进行切片称重法和容积密度法实验值和模拟值的比较,分别进行方差分析,切片称重法和模拟值的P值均小于0.5,而容积密度法和模拟值P值均大于0.5,表明容积密度法与模型结果更加吻合。（2）用容积密度法进行40℃、60℃、80℃试材平均含水率的变化实验,比较实验结果和模拟值,两者吻合较好。证明多尺度模型可以反映干燥的传热传质行为。（3）再进行小试件在80℃时各层含水率随时间变化的实验,实验结果与模拟值比较,曲线吻合性较好,多尺度模型可以反映木材干燥过程中含水率的分布。（4）最后对建立的多尺度模型进行理论...
【文章来源】：内蒙古农业大学内蒙古自治区
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 木材干燥过程中水分扩散机理的研究现状
1.1.1 木材干燥过程中内部水分的迁移
1.1.2 木材干燥过程中水分的扩散动力
1.2 木材内部水分扩散模型的研究现状
1.2.1 木材内部水分宏观扩散模型
1.2.2 木材内部水分微观尺度的扩散模型
1.3 研究的目的和意义
1.4 研究内容
1.5 主要技术路线
2 木材干燥多尺度模型的建立
2.1 概述
2.2 多尺度模型建立的理论基础
2.3 宏观尺度模型的建立
2.3.1 结合水的控制方程
2.3.2 水蒸气的控制方程
2.3.3 能量的控制方程
2.4 细胞壁微尺度模型
2.5 本章小结
3 木材干燥热质转移模型的定解条件
3.1 几何条件
3.2 干燥的初始条件
3.3 控制方程的边界条件
3.3.1 含水率方程的边界条件
3.3.2 水蒸气方程的边界条件
3.3.3 能量守恒方程的边界条件
3.4 控制方程相关的物性参数
3.4.1 木材密度
3.4.2 木材的孔隙度和孔隙率
3.4.3 木材的导热系数λ
3.4.4. 木材的比热c
3.4.5 结合水的扩散系数D_b
3.4.6 水的比热c_b和汽化潜热γ
3.4.7 水蒸气的扩散系数D_v
3.4.8 木材的表面传热系数h和表面传质系数h_m~l
3.5 模型的数值解
3.5.1 液相水差分格式
3.5.2 水蒸气的差分格式
3.5.3 温度的差分格式
3.5.4 表面蒸发率、界面蒸发率和体积蒸发率的差分格式
3.6 本章小结
4 多尺度传热传质模型的验证和分析
4.1 含水率与密度之间的关系
4.2 切片称重法和容积密度法实验结果与模拟值的比较
4.2.1 材料和设备
4.2.2 实验方法
4.2.3 容积密度法和称重法实验结果与数学模拟对比
4.3 容积密度法验证模型的分层含水率
4.3.1 实验材料和方法
4.3.2 木材内平均含水率实验值与模拟值的比较
4.3.3 小规格试材内不同层面不同时刻的比较
4.3.4 模拟预测分层含水率与实验进行比较
4.3.5 干燥过程中试材各层温度分布的数学模拟
4.4 本章小结
5 结论与展望
5.1 总结论
5.2 展望
致谢
参考文献
附录
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]樟子松材干燥密实炭化一体化技术的优化[J]. 邬飞宇,李丽丽,王喜明. 东北林业大学学报. 2015(04)
[2]多斜孔截面面积变化对孔内流动与换热特性的影响[J]. 王飞,张勃,吉洪湖,刘红梅,赵传亮. 重庆理工大学学报(自然科学). 2014(12)
[3]木材干燥过程含水率和温度变化的数学模型研究[J]. 周正,孙丽萍. 森林工程. 2014(01)
[4]人工林发展历史与人工林定向培育[J]. 赵永强,白春生. 民营科技. 2012(05)
[5]木材超声波-真空协同干燥的动力学研究[J]. 何正斌,郭月红,伊松林,张璧光. 北京林业大学学报. 2012(02)
[6]国际干燥技术的最新研究动态与发展趋势[J]. 张璧光,谢拥群. 木材工业. 2008(02)
[7]微波干燥过程中木材内部水分移动机理初探[J]. 刘志军,张璧光,刘智. 北京林业大学学报. 2005(S1)
[8]多尺度科学的研究进展[J]. 柴立和. 化学进展. 2005(02)
[9]有限元法的应用现状研究[J]. 于亚婷,杜平安,王振伟. 机械设计. 2005(03)
[10]干燥过程中马尾松板材干燥应变的研究[J]. 涂登云,顾炼百,杜国兴,刘彬. 南京林业大学学报(自然科学版). 2004(04)
博士论文
[1]人工林杉木干燥过程传热传质数值模拟[D]. 郝晓峰.中国林业科学研究院 2013
本文编号：3534268
【文章来源】：内蒙古农业大学内蒙古自治区
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 木材干燥过程中水分扩散机理的研究现状
1.1.1 木材干燥过程中内部水分的迁移
1.1.2 木材干燥过程中水分的扩散动力
1.2 木材内部水分扩散模型的研究现状
1.2.1 木材内部水分宏观扩散模型
1.2.2 木材内部水分微观尺度的扩散模型
1.3 研究的目的和意义
1.4 研究内容
1.5 主要技术路线
2 木材干燥多尺度模型的建立
2.1 概述
2.2 多尺度模型建立的理论基础
2.3 宏观尺度模型的建立
2.3.1 结合水的控制方程
2.3.2 水蒸气的控制方程
2.3.3 能量的控制方程
2.4 细胞壁微尺度模型
2.5 本章小结
3 木材干燥热质转移模型的定解条件
3.1 几何条件
3.2 干燥的初始条件
3.3 控制方程的边界条件
3.3.1 含水率方程的边界条件
3.3.2 水蒸气方程的边界条件
3.3.3 能量守恒方程的边界条件
3.4 控制方程相关的物性参数
3.4.1 木材密度
3.4.2 木材的孔隙度和孔隙率
3.4.3 木材的导热系数λ
3.4.4. 木材的比热c
3.4.5 结合水的扩散系数D_b
3.4.6 水的比热c_b和汽化潜热γ
3.4.7 水蒸气的扩散系数D_v
3.4.8 木材的表面传热系数h和表面传质系数h_m~l
3.5 模型的数值解
3.5.1 液相水差分格式
3.5.2 水蒸气的差分格式
3.5.3 温度的差分格式
3.5.4 表面蒸发率、界面蒸发率和体积蒸发率的差分格式
3.6 本章小结
4 多尺度传热传质模型的验证和分析
4.1 含水率与密度之间的关系
4.2 切片称重法和容积密度法实验结果与模拟值的比较
4.2.1 材料和设备
4.2.2 实验方法
4.2.3 容积密度法和称重法实验结果与数学模拟对比
4.3 容积密度法验证模型的分层含水率
4.3.1 实验材料和方法
4.3.2 木材内平均含水率实验值与模拟值的比较
4.3.3 小规格试材内不同层面不同时刻的比较
4.3.4 模拟预测分层含水率与实验进行比较
4.3.5 干燥过程中试材各层温度分布的数学模拟
4.4 本章小结
5 结论与展望
5.1 总结论
5.2 展望
致谢
参考文献
附录
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]樟子松材干燥密实炭化一体化技术的优化[J]. 邬飞宇,李丽丽,王喜明. 东北林业大学学报. 2015(04)
[2]多斜孔截面面积变化对孔内流动与换热特性的影响[J]. 王飞,张勃,吉洪湖,刘红梅,赵传亮. 重庆理工大学学报(自然科学). 2014(12)
[3]木材干燥过程含水率和温度变化的数学模型研究[J]. 周正,孙丽萍. 森林工程. 2014(01)
[4]人工林发展历史与人工林定向培育[J]. 赵永强,白春生. 民营科技. 2012(05)
[5]木材超声波-真空协同干燥的动力学研究[J]. 何正斌,郭月红,伊松林,张璧光. 北京林业大学学报. 2012(02)
[6]国际干燥技术的最新研究动态与发展趋势[J]. 张璧光,谢拥群. 木材工业. 2008(02)
[7]微波干燥过程中木材内部水分移动机理初探[J]. 刘志军,张璧光,刘智. 北京林业大学学报. 2005(S1)
[8]多尺度科学的研究进展[J]. 柴立和. 化学进展. 2005(02)
[9]有限元法的应用现状研究[J]. 于亚婷,杜平安,王振伟. 机械设计. 2005(03)
[10]干燥过程中马尾松板材干燥应变的研究[J]. 涂登云,顾炼百,杜国兴,刘彬. 南京林业大学学报(自然科学版). 2004(04)
博士论文
[1]人工林杉木干燥过程传热传质数值模拟[D]. 郝晓峰.中国林业科学研究院 2013
本文编号：3534268
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/lylw/3534268.html
