《木材干燥時的傳熱》ppt課件-文庫吧
2024-12-30 21:01 本頁面
【正文】 31) 又由于水的表面張力 γ 在 20℃ 的溫度下為 ， 所以有： rPP)(10 ?? a tm r毛細管半徑 ， μm 如果： r=10μm， 為典型的針葉材管胞半徑 ， 則 P0P1= atm， r=1μm， 為典型的紋孔膜上大微孔半徑 ， 則 P0P1= atm， 若此時P0=1 atm， 則 P1= =－ atm， 該負壓稱為 毛細管張力 。 毛細管張力隨半徑的縮小而急劇增加 ， 當毛細管半徑 r很小時 ， 將產(chǎn)生很大的毛細管張力 ， 對細胞壁產(chǎn)生很大的吸引力 ， 會引起干燥時木材的皺縮 ， 紋孔閉塞等 。 自由水的移動 以針葉材管胞為例，用圖 79表示自由水沿大毛細管的移動。針葉材管胞錐形端部是相互交搭的，且紋孔多在錐形端部的徑面壁上。 由于木材干燥時，木材表層水分蒸發(fā)最快，靠近表面的管胞腔中存在的自由水較少，而管胞錐形端部毛細管半徑 r2較小，因而毛細管張力增大。而木材內(nèi)部含水率較高，毛細管半徑 r1較大，毛細管張力較小，因此，木材中存在從內(nèi)到外的毛細管張力梯度，在這個毛細管張力梯度的作用下，迫使自由水由內(nèi)向外流動。 圖 7－ 9針葉材管胞中自由水移動示意圖 (三 )FSP以下時木材中水分的擴散 認為細胞腔中無液態(tài)自由水存在 ， 此時木材中的水分以下列兩種途徑移動： ? 沿連續(xù)不斷的細胞壁 吸著水在細胞壁中以液態(tài)形式擴散 。 ? 交替形式 細胞壁 → 細胞腔 (紋孔 ) → 細胞壁 以氣 、 液交替形式擴散 木材干燥水分擴散的理論計算有下列三種： 等溫擴散 等溫狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)擴散 ， 可以用菲克 (Fick)第一定律計算： dxdMDJ ??? ( 7 36) 式中： J— 水分的擴散強度 ， kg/(m2s) （ 即單位時間內(nèi)通過單位面積水分擴散的質(zhì)量 ） D— 水分擴散系數(shù) ， m2/s ρ — 木材密度 （ kg/m3) — 木材中水分擴散方向上的含水率梯度 ， %/m dxdM 736式說明 ， 等溫條件下 ， 對于特定的木材 ， 水分擴散強度取決于擴散系數(shù) D和含水率梯度 dM/dx。 若木材經(jīng)過加熱處理 ， 在隨后的短暫干燥過程中 ， 木材內(nèi)各部分的溫度相差不大 ， 這時的水分擴散可以近似認為是等溫擴散 。 不等溫穩(wěn)態(tài)擴散 木材干燥過程中，通常木材內(nèi)部的溫度是不同的，這時的水分擴散除了含水率梯度的作用之外，還有溫度梯度的影響，即水分從溫度高處向溫度低處擴散，水分的擴散強度可用下式計算： )( dxdTdxdMDJ ?? ??? ( 7 37) — 熱力梯度系數(shù) ， %/℃ ，即木材內(nèi) 1℃ 溫差造成的含水率梯度 ?tM????非穩(wěn)態(tài)擴散 木材在實際的干燥過程中 ， 水分擴散強度和含水率梯度是隨空間和時間變化的 ， 為不穩(wěn)態(tài)擴散 。 如果把板材的水分擴散認為是沿板材厚度方向進行的 ， 則擴散變?yōu)橐痪S問題 ， 垂直于板面的非穩(wěn)態(tài)水分擴散 ， 可用 Fick第二定律表示： )( xMDxtM ??????? ( 7 45) 式中： M— 板厚方向某點的瞬時含水率 ， %； t— 時間 ， s； x— 距板厚中心層的距離 ， m D— 水分擴散系數(shù) ， m2/s， 是含水率的函數(shù) 。 水分擴散觀念的爭議 水分擴散的傳統(tǒng)觀念都認為水分濃度梯度 (或含水率梯度 )和溫度梯度是水分擴散的動力 。 而加拿大的 溫度差和水分濃度梯度本身使水分移動的觀念是難以置信的 。他認為溫度差只能使熱量傳遞 ， 只有水蒸壓力差才能使水分移動 。 溫度或含水率的提高都會使水蒸氣分壓提高 ， 因此 ，只有水蒸氣分壓梯度 ， 才能直接導致水分擴散運動 。 ： 式中： P— 絕對溫度 T時 ， 水蒸氣分壓 R— 氣體常數(shù) C— 濃度 )( dxdTCdxdcTRdxdP ?? ( 7 44) FSP以下時木材中水分的擴散的結(jié)論： 木材在 FSP以下的干燥過程 ， 基本上都是水分非穩(wěn)態(tài)擴散過程 ， 水分橫向擴散系數(shù)受含水率 、木材紋理和周圍空氣溫度 、 濕度的影響 。 具體如下： ? 木材的水分橫向擴散系數(shù)的最大值均在 FSP附近 ，并隨著吸著水含水率的降低而減小 。 ? 木材徑向水分擴散系數(shù)大于弦向擴散系數(shù) ，DR=。 ? 木材周圍介質(zhì)的溫度越高 ， 濕度越低 ， 則木材水分擴散系數(shù)越大 。 二、木材表面的水分蒸發(fā) 表面含水率大于 FSP時的水分蒸發(fā) 當木材表面含水率大于 FSP時 ， 木材表面水分蒸發(fā)與 自由水 表面的蒸發(fā)相似 。 木材表面的水分只有在相對濕度小于 100%時才能發(fā)生 ， 空氣濕度越小 ， 表明空氣中的水蒸氣分壓力越小 ， 木材表面的水分蒸發(fā)速度就越快 。 濕木材表面的水分蒸發(fā)強度與蒸發(fā)溫度下的飽和蒸汽壓 PO和周圍空氣的水蒸氣分壓 Pv之差 (即 POPv)成正比 ，此外蒸發(fā)強度又與濕木材表面的空氣流動速度 ω有密切關(guān)系 。 因濕木材表面有一層薄薄的飽和濕空氣界層 ， 阻礙木材表面水分的蒸發(fā) ， 木材表面的氣流速度越大 ， 飽和濕空氣界層就越薄 ， 木材表面水分蒸發(fā)就越快 。 )( 0 vPPBi ?? k g /( m 2 h ) ( 7 54) 大氣壓力下，自由水表面的水分蒸發(fā)強度 i近似用道爾頓公式計算： 水蒸氣壓力差 (POPv)稱為蒸發(fā)勢，它的確定比較困難，可用干、濕球溫差
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