木材干燥介质循环状态模拟及对干燥过程影响分析研究

摘要

本研究主要是对木材干燥过程介质循环风速进行数值模拟和实验测试对比、分析求解介质状态和循环风速对木材表面热质交换的影响、研究分析介质循环风速对木材干燥过程的影响。本研究力求为改变常规木材干燥生产技术现状，降低木材干燥生产能耗，实现多变量控制生产工艺提供参考。
　　本研究进行了以下具体数值模拟分析和实验分析:
　　1、采用计算流体力学方法对常规木材干燥室介质循环风速进行数值模拟研究，同时利用对干燥室内材堆入口风速进行实验测试。通过数值模拟与实测结果对比分析，研究干燥室内循环风速大小及均匀性。
　　2、依据计算流体力学方法数值模拟得到的木材表面风速和温度分布，分析计算木材表面热质传递系数。
　　3、研究介质循环风速对干燥过程的影响。分别研究了含水率70％的菲律宾桃花芯木在低循环风速下干燥，含水率30％的落叶松锯材在不同循环风速下干燥，含水率50％左右的菲律宾桃花芯木在不同循环风速下干燥。
　　通过研究和实验分析，得出以下结论:
　　1、Fluent数值模拟结果与实验测试结果进行对比发现，除测点2受试验设备窑内结构影响偏差大于1m/s，其他测点与模拟分析结果偏差在1m/s以内。Fluent数值模拟可以用于木材干燥室设计和技术性能指标的介质循环状态分析研究。
　　2、采用Fluent数值模拟发现，介质循环风速和温度影响木材表面热质交换。在温度相同的情况下，介质循环风速越高，木材表面热质传递系数越大，可在一定程度上有利于木材干燥初期速度。
　　3、本研究的落叶松和菲律宾桃花芯木锯材木材干燥试验过程中，初期木材含水率大于30％时，设定介质循环风速2-3m/s，含水率降到30％时，介质循环风速调为1-2m/s，含水率降到15％，介质循环风速0.5-1m/s，均能满足干燥工艺要求。介质循环风速降低，风机频率降低，对应的循环风机耗电随之下降。随着被干燥锯材含水率降低，干燥介质循环风速对其干燥速度影响会逐渐减小。实际生产中可将木材干燥的含水率下降过程分三个阶段，即含水率大于30％、含水率15-30％、含水率小于15％，分别调整各阶段干燥介质循环风速，以求降低循环风机电能消耗。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 木材千燥方法

1．3 常规木材干燥控制主要参数

1．3．1 介质温度、湿度和循环风速

1．3．2 木材含水率、含水率梯度，温度梯度和蒸汽压梯度、干燥应力

1．4 国内外对常规木材干燥过程中控制参数的研究

1．4．1 国外研究现状

1．4．2 国内研究现状

1．4．3 干燥参数控制现状

1．4．4 发展趋势

1．5 研究内容

1．6 研究意义

2 Fluent模拟干燥室内介质循环特性

2．1 实验设备、仪器和材料

2．2 测试方法及CFD数值模拟

2．2．1 测试方法

2．2．2 CFD模拟

2．3 介质循环风速模拟分析

2．3．1 常规木材干燥试验机模型

2．3．2 Fluent计算主要步骤

2．3．3 建立数学模型

2．3．4 模拟边界条件

2．3．5 Fluent数值模拟分析

2．4 Fluent与实验测试对比分析

2．4．1 测试方法

2．4．2 测点分布

2．4．3 模拟与实验测试结果比较分析

2．5 本章小结

3 木材干燥循环风速对木材热质传递影响分析

3．1 木材热质移动过程

3．2 木材表面热质传递系数解法

3．2．1 单独解

3．2．2 结合解

3．3 数学物理模型建立

3．3．1 控制方程

3．3．2 对流换热系数解析

3．3．3 热质类比

3．3．4 物理模型

3．4 Fluent模拟试件表面介质流动与温度分布

3．4．1 Fluent模拟步骤

3．4．2 初始条件

3．4．3 表面介质流动分布

3．4．4 介质温度分布

3．5 木材表面热质传递分析

3．5．1 木材表面对流热质交换系数

3．6 本章小结

4 干燥室内循环风速对木材干燥的影响

4．1 低循环风速对高含水率试件影响

4．1．1 材料、设备和方法

4．1．2 结果与分析

4．1．3 结论与讨论

4．2 不同循环风速对低含水率试件影响

4．2．1 材料、设备和方法

4．2．2 结果与分析

4．2．3 结论与讨论

4．3 不同循环风速对高含水率试件影响

4．3．1 材料、设备和方法

4．3．2 结果与分析

4．3．3 结论与讨论

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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