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高频真空干燥过程中木材热质耦合传递规律的研究
  • 项目名称:高频真空干燥过程中木材热质耦合传递规律的研究
  • 项目类别:面上项目
  • 批准号:30972306
  • 申请代码:C1603
  • 项目来源:国家自然科学基金
  • 研究期限:2010-01-01-2012-12-31
  • 项目负责人:蔡英春
  • 负责人职称:教授
  • 依托单位:东北林业大学
  • 批准年度:2009
中文摘要:

研究木材的介电常数及其影响因素,研究计算高频加热的热通量;确立木材沿不同方向的热扩散系数、热阻,研究高频加热时的木材非稳态导热规律,加热过程的热损失和热效率;建立并求解高频真空干燥过程中木材非傅立叶效应热传递理论模型;在对干燥过程中材内压力分布进行在线实测的基础上深入研究动态渗透性,建立并求解非斐克效应和非达西效应水分迁移理论模型;以不可逆热力学理论为依据,建立干燥过程木材耦合传热传质的数学模型,并通过进一步归纳整理和简化,对其进行数值求解和分析,进而实验验证并修正为实用理论模型。不仅能丰富木材干燥静力学、干燥运动学、传热传质学等基础理论,而且能为把握高频真空干燥过程中木材内部的温度和含水率变化、改进及完善干燥工艺并使其得以可靠实施提供科学依据,对于推动木材干燥新技术,发展新工艺,保证木材短时间、低成本、高品质干燥,进而实现其高效高品质节约利用等具有十分重要的意义。

结论摘要:

本项目完善了高频真空场中木材内部温度-压力在线监测系统,探讨了木材平衡含水率与温度及压力的关系、木材含水率在线检测精度的提高措施;以落叶松、柳杉等木材为研究对象,实验分析了其介电性能、导热性能的影响因素;探讨了其高频加热热通量计算,研究了高频真空干燥过程中木材的非稳态传热规律和升降温规律,木材水分的迁移规律,超常传热传质特性;探讨了高频-对流干燥过程、高频真空干燥过程中木材热质耦合迁移模型的建立及其求解。不仅能丰富木材干燥静力学、运动学、传热传质学等基础理论,而且能为把握高频真空干燥过程中木材内部的温度和含水率变化、改进及完善干燥工艺等提供科学依据。重要结果概述如下1)完善了高频真空场中木材内部温度-压力同部位同时在线监测系统;探讨了负压场中木材平衡含水率EMC与材温及环境压力的关系。 2)关于项目组开发的高频真空干燥过程中木材含水率在线检测系统监测精度的探讨结果,对于渗透性较好的侧柏和柳杉,进行EMC修正后较未修正的1.5%的最大误差减小到0.6%;而渗透性较差的落叶松,采取改善其渗透性的有效处理后才能使用新方法检测。 3)实验分析了落叶松介电性能的影响因素。4)实验分析了落导热性能的影响因素。 5)探讨了高频加热热通量的计算,高频真空干燥过程中木材的非稳态传热规律;系统实验研究了高频真空干燥过程的热损失、热效率和升降温规律,分析了干燥过程中木材含水率、厚度、部位及其环境压力对升降温规律的影响,探讨了合理高频发振时间和间隔时间的确定方法,确立了实验条件下揭示木材升降温规律的数学模型。 6)计算了木材横断面上沸点以上有效面积比、沿纤维方向干燥速度的贡献率、干燥过程中水分迁移的驱动力、纤维方向的动态渗透性、动态扩散系数,在综合分析各参数在干燥过程中的变化规律及参数间相互关系的基础上评价了木材超常传热传质机理。 7)根据上述木材中水分和热量的超常迁移机理,以非平衡热力学理论和相平衡理论为基础,根据质量守恒定律和能量守恒定律确定描述热质耦合迁移过程的控制方程,从而建立了高频-对流双热源木材干燥及高频真空干燥过程中热质耦合迁移模型;采用有限差分法对热质迁移控制方程和相应的边界条件在计算区域内离散化为非线性方程组,进而用迭代法求解;采用MATLAB编程计算并输出结果。


成果综合统计
成果类型
数量
  • 期刊论文
  • 会议论文
  • 专利
  • 获奖
  • 著作
  • 7
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
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