木材干燥時(shí)的傳熱ppt課件(已修改)
2025-01-26 21:01 本頁面
【正文】 第四章 木材干燥時(shí)的傳熱、傳濕及應(yīng)力、應(yīng)變 本章重點(diǎn)： 木材在飽和介質(zhì)和不飽和介質(zhì)中對(duì)流加熱的計(jì)算 干燥過程中木材水分的蒸發(fā)和移動(dòng) 木材在氣體介質(zhì)中對(duì)流干燥過程及影響干燥速度的因子 木材干燥過程中的應(yīng)力、應(yīng)變產(chǎn)生的原因及發(fā)展規(guī)律 本章內(nèi)容 第一節(jié) 木材和窯殼的傳熱 第二節(jié) 干燥過程中木材內(nèi)水分的移動(dòng)及 表面的水分蒸發(fā) 第三節(jié) 木材的對(duì)流干燥過程 第四節(jié) 木材干燥時(shí)的應(yīng)力與變形 第五節(jié) 干燥窯內(nèi)空氣流動(dòng)特性 第一節(jié) 木材和窯殼的傳熱 一、透過窯殼的散熱 1 熱傳導(dǎo)的基本概念、傅立葉定律及平壁的熱傳導(dǎo) 溫度場(chǎng)： 在任一瞬間，物體或系統(tǒng)內(nèi)部各點(diǎn)的溫度分布。 不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱： 若溫度場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化，此溫度場(chǎng)為不穩(wěn)定溫度場(chǎng)，不穩(wěn)定溫度場(chǎng)對(duì)應(yīng)的導(dǎo)熱為不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 :若溫度場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間而變化，即為穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)，穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)對(duì)應(yīng)的導(dǎo)熱為穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。 溫度梯度可用下列數(shù)學(xué)式表示 : ntnttn ?????????? l i m0grad 溫度梯度 為向量，它的正方向是指向溫度增加的方向 等溫面 :溫度場(chǎng)內(nèi)同一時(shí)刻下相同溫度各點(diǎn)所組成的面稱為等溫面。 溫度梯度 :將兩相鄰等溫面的溫度之差與距兩面間垂直距離的比值的極限稱為溫度梯度。 nt????? 傅立葉定律 傅立葉定律為熱傳導(dǎo)的基本定律，表示通過等溫表面的導(dǎo)熱速率 (Q)與溫度梯度及傳熱面積 (S)成正比，用數(shù)學(xué)表示如下： 傳熱密度：?jiǎn)挝幻娣e的導(dǎo)熱速率。 ntdd sQ???????或ntdsdQ ∝ 單層平壁的熱傳導(dǎo) 多層平壁的熱傳導(dǎo) 4 對(duì)流傳熱 根據(jù)對(duì)流傳熱速率的普遍關(guān)系，壁面與流體間的對(duì)流傳熱速率等于推動(dòng)力和阻力之比。 對(duì)流傳熱密度單位面積的對(duì)流導(dǎo)熱速率。 5 透過窯殼的散熱 透過窯殼的散熱通常是一種穩(wěn)定的熱交換，由固定溫度 t1的窯內(nèi)介質(zhì)通過窯壁向固定溫度 t2的窯外空氣傳熱。 透過窯殼的散熱的熱流密度綜合了對(duì)流換熱（窯內(nèi)介質(zhì)和窯殼內(nèi)壁，窯外空氣和窯殼外壁）和透過窯殼的熱傳導(dǎo)。 例：設(shè)有一木材干燥窯由兩磚夾一保溫層構(gòu)成，內(nèi)外墻用紅磚，厚度為 240mm，導(dǎo)熱系數(shù)為 λ ＝℃ 。中間保溫層為膨脹珍珠巖，厚度為100mm，導(dǎo)熱系數(shù)為 λ ＝ ℃ 。干燥窯內(nèi)的介質(zhì)溫度為濕空氣，放熱系數(shù) α 1＝ ℃ ,干燥窯建于露天，放熱系數(shù) α 2＝ ℃ 。 已知 :干燥窯建于廣州，窯內(nèi)介質(zhì)溫度 t1 =80 ℃ ，窯外溫度 t2 =10℃ 。 求：通過窯殼的熱流密度和各層接觸面的溫度。 二、木材的對(duì)流加熱 木材在飽和介質(zhì)中加熱 例： 50mm 150mm的松木板材，密度 ρ ＝ , 含水率 M＝ 67%,初溫度t0= ℃, 在 100 ℃ 的飽和蒸汽中加熱 3h，求板材中心的溫度 t。 木材在不飽和介質(zhì)中加熱 ? 例： 50mm厚的松木板材，密度 ρ ＝ , 含水率 M＝ 67%,初溫度 t0= ℃, 在 100 ℃ 的濕空氣（ φ 1）中加熱到中心溫度 99 ℃ ，求所需的加熱時(shí)間。設(shè) 放熱系數(shù) α ＝ 7W/m2℃ 。 第二節(jié) 干燥過程中木材內(nèi)部分的移動(dòng)和表面水分蒸發(fā) 流體穿過木材的遷移分為兩種類型： (1)體積流或質(zhì)量流 ， 即流體在毛細(xì)管壓力梯度的作用下 ， 穿過木材組織孔隙的流動(dòng) 。 (2)擴(kuò)散，即水蒸氣穿過細(xì)胞腔中空氣的擴(kuò)散及吸著水在細(xì)胞壁中的擴(kuò)散。 流體穿過木材流動(dòng)的數(shù)量大小 ， 由木材的滲透性決定 ， 滲透性是流體在壓力梯度作用下 ， 流過多孔固體 （ 包括木材 ） 容易程度的度量 。 木材的滲透性又與其孔隙率有關(guān) ， 木材流體滲透性的高低 ，無論針葉材或闊葉材 ， 種間或種內(nèi) ， 均與密度無關(guān) ， 影響滲透性高低的諸因素中 ， 最主要因素為有效紋孔膜微孔半徑和數(shù)量。 自由水沿細(xì)胞腔和紋孔的移動(dòng) 、 液體防腐劑對(duì)木材的防腐處理都與木材的滲透性密切相關(guān) 。 若要改善木材的滲透性 ， 似應(yīng)從紋孔入手 ， 用人為的方法增大和增多有效紋孔半徑和數(shù)量 ，以減小毛細(xì)管張力 ， 降低木材浸注時(shí)的使用壓力 ， 提高滲透性。 干燥時(shí)，木材中水分的移動(dòng)與木材的滲透性有關(guān)。木材中水分的移動(dòng)分纖維飽和點(diǎn)（ FSP）以上和 FSP以下是兩部分。 一、木材內(nèi)部水分的移動(dòng) (一 )水分移動(dòng)的途徑 通過大毛細(xì)管系統(tǒng)路徑 由毛細(xì)管張力作用引起，液態(tài)自由水沿細(xì)胞腔和細(xì)胞壁上的紋孔作毛細(xì)管運(yùn)動(dòng)。如圖 7－ 6a。 沿連續(xù)不斷的細(xì)胞壁的移動(dòng)（微毛細(xì)管路徑） 由木材細(xì)胞壁橫斷面上的含水率梯度引起。發(fā)生在 FSP以下，如圖 7－ 6b1。 交替形式的路徑 水分交替地既呈液體狀態(tài)又呈蒸汽狀態(tài)，不斷沿著彼此相鄰的細(xì)胞壁和細(xì)胞腔的移動(dòng)或擴(kuò)散。如圖 76b2。 注意：水蒸氣的擴(kuò)散無論在 FSP以上或以下都會(huì)發(fā)生，擴(kuò)散是以液態(tài)或氣、液交替的形式進(jìn)行。 圖 7－ 6 木材橫斷面上水分移動(dòng)的途徑 (二 )FSP以上時(shí)木材中的水分移動(dòng) 毛細(xì)管張力 液體在毛細(xì)管中，液體將在毛細(xì)管里上升，此時(shí)表面張力向上的合力必然與由壓力差向下的合力相等，由 Jurin定律得： 210 )(c o s2 rPPr ???? ?????式中： P0 — 氣相壓力 ， Pa P1 — 液相壓力 ， Pa θ — 潤(rùn)濕角 r — 毛細(xì)管半徑 γ — 表面張力 rPP?? c os2)(10????由上式可得 ： 當(dāng)氣 — 液交界的彎月在為半圓形時(shí) ， θ =0， cosθ=1,此時(shí)： rPP???? 2)(10(7
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