樟子松干燥过程传热传质的多尺度模型研究

摘要

掌握木材干燥过程中水分迁移和热量传递规律有助于提高木材的干燥质量，改善干燥工艺，节约干燥能源。本研究以樟子松（Pinus sylvestris）为材料，建立能够较准确模拟木材干燥过程含水率和温度分布变化的多尺度模型，模型由宏观尺度上三个耦合方程：两个水分扩散方程和一个热量平衡方程，微观尺度上的单个细胞的水分迁移的平衡方程。解析模型：分析初始条件和边界条件，有限元网格的生成，方程离散化，查找相应物性参数，MATLAB编程求解。最后通过实验分析验证了建立的多尺度模型的准确性，结果如下：
　　(1)在80℃进行切片称重法和容积密度法实验值和模拟值的比较，分别进行方差分析，切片称重法和模拟值的P值均小于0.5，而容积密度法和模拟值P值均大于0.5，表明容积密度法与模型结果更加吻合。
　　(2)用容积密度法进行40℃、60℃、80℃试材平均含水率的变化实验，比较实验结果和模拟值，两者吻合较好。证明多尺度模型可以反映干燥的传热传质行为。
　　(3)再进行小试件在80℃时各层含水率随时间变化的实验，实验结果与模拟值比较，曲线吻合性较好，多尺度模型可以反映木材干燥过程中含水率的分布。
　　(4)最后对建立的多尺度模型进行理论分析，预测了干燥过程中各层温度的变化和分布，进一步验证模型的准确性。
　　从不同尺度建立的木材热质转移数学模型，能较为准确的反映木材含水率的变化和空间分布情况，为干燥过程水分和温度分布的研究提供了一定的理论基础和参考价值。

目录

声明

1 绪论

1.1 木材干燥过程中水分扩散机理的研究现状

1.2 木材内部水分扩散模型的研究现状

1.3 研究的目的和意义

1.4 研究内容

1.5 主要技术路线

2 木材干燥多尺度模型的建立

2.1 概述

2.2 多尺度模型建立的理论基础

2.3 宏观尺度模型的建立

2.4 细胞壁微尺度模型

2.5 本章小结

3 木材常规干燥热质转移模型的定解条件

3.1 几何条件

3.2 干燥的初始条件

3.3 控制方程的边界条件

3.4 控制方程相关的物性参数

3.5 模型的数值解

3.6 本章小结

4 多尺度传热传质模型的验证和分析

4.1 含水率与密度之间的关系

4.2 切片称重法和容积密度法实验结果与模拟值的比较

4.3 容积密度法验证模型的分层含水率

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 总结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录1

附录2

作 者 简 介