木材微波干燥熱質(zhì)轉(zhuǎn)移及其數(shù)值模擬.pdf

1、微波干燥是一種快速高效的現(xiàn)代干燥技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各種行業(yè)，然而上業(yè)化的木材微波干燥卻沒有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。豐富和完善木材在微波作用下的熱質(zhì)轉(zhuǎn)移理論，對于更加科學(xué)地控制木材微波干燥過程、提高干燥質(zhì)址具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文根據(jù)微波作用下木材內(nèi)部水分和熱量的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，研究了不同含水率階段的熱質(zhì)轉(zhuǎn)移機(jī)理，建立了微波作用下木材熱質(zhì)轉(zhuǎn)移耦合的數(shù)值計(jì)算模型，系統(tǒng)研究了微波干燥過程中木材內(nèi)部含水率、溫度、水蒸氣分壓的變化規(guī)律和分布規(guī)律，分

2、析了微波作用對木材熱質(zhì)轉(zhuǎn)移規(guī)律的影響，為木材在微波作用下內(nèi)部的含水率場和溫度場的控制奠定理論基礎(chǔ)，為木材微波干燥的合理應(yīng)用提供理論依據(jù)。研究的主要內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　 分析了在微波干燥過程中木材內(nèi)部水分在不同含水率階段的遷移過程，認(rèn)為自由水和水蒸氣是在壓力梯度作用下遷移，結(jié)合水是在化學(xué)勢作用下遷移，同時(shí)考慮相變過程。
　　 基于體積平均理論，假設(shè)相變過程中各相處于局部熱力學(xué)半衡，且視水蒸氣為理想氣體，考慮木材內(nèi)部各相的

3、質(zhì)量和能量守恒關(guān)系，建立了微波干燥過程中不同含水率階段的熱質(zhì)轉(zhuǎn)移非線性耦合數(shù)學(xué)模型，模型的基本參數(shù)為木材的含水率和溫度，模型系數(shù)是基本參數(shù)的函數(shù)。
　　 采用全隱式有限差分法，對建立的熱質(zhì)轉(zhuǎn)移控制方程、對流邊界條件和初始條件進(jìn)行離散，獲得非線性離散方程組；在同一時(shí)間層采用選代法逐步將非線性方程組線性化，由線性迭代方程組獲得下一時(shí)層的基本參數(shù)預(yù)測值，把預(yù)測值代入離散方程系數(shù)中獲得下一時(shí)層的校正值，如此循環(huán)運(yùn)用預(yù)測——校正系統(tǒng)，最終

4、獲得整個(gè)微波干燥過程中熱質(zhì)轉(zhuǎn)移的數(shù)值解。
　　 以落葉松材的微波干燥為例，比較分析了試驗(yàn)值和模型預(yù)測值的變化規(guī)律。結(jié)果顯示，試驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果擬合較好，數(shù)值計(jì)算結(jié)果能夠預(yù)測微波干燥過程中狀態(tài)參數(shù)的變化及其熱質(zhì)轉(zhuǎn)移過程。
　　 運(yùn)用MATLAB編程對模型進(jìn)行了數(shù)值模擬。詳細(xì)分析了微波干燥過程中不同含水率階段，木材內(nèi)部的含水率、溫度和蒸汽壓力隨時(shí)問的變化規(guī)律和沿厚度方向的分布規(guī)律。結(jié)果表叫：在微波干燥過程中，可以根據(jù)參數(shù)的變

5、化把干燥過程分為不同的階段，但不論含水率大于FSP還是小于FSP，熱質(zhì)轉(zhuǎn)移模型預(yù)測結(jié)果均顯示，在整個(gè)干燥過程中沿木材厚度方向上的含水率、溫度和蒸汽壓力分布都比較均勻。
　　 進(jìn)一步研究了木材初含水率和厚度對基本參數(shù)變化規(guī)律和分布規(guī)律的影響以及木材在微波干燥過程中的熱質(zhì)耦合效率和干燥過程曲線。結(jié)果表明：干燥時(shí)間、干燥速度和各干燥段占總干燥時(shí)間的比例隨木材初含水率和厚度的變化而變化；對不同初含水率和不同厚度時(shí)木材各參數(shù)與時(shí)問的關(guān)系進(jìn)