第六講木材干燥時的傳熱、傳濕(二)

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：l干燥過程中木材水分的蒸發(fā)與移動l木材內(nèi)部水分移動的路徑l影響水分傳導(dǎo)的因子木材對流干燥過程第六講第六講 木材干燥時的傳熱、傳濕（二）木材干燥時的傳熱、傳濕（二）l1.干燥過程中木材中水分的蒸發(fā)與移動(P58) 木材表面的水分蒸發(fā)木材表面的水分蒸發(fā)l當當M 表表 MFSP時時 木材表面水分蒸發(fā)與自由水面蒸發(fā)是一樣的， 只發(fā)生在周圍介質(zhì)的相對濕度1的情況，介質(zhì)的越小，蒸發(fā)速度越快；l當當M 表表 MFSP時時 水分蒸發(fā)量由木材內(nèi)部水分向表面的移動速度決定。u木材表面水分蒸發(fā)包括兩個部分木材表面水分蒸發(fā)包括兩個部分 水分由木材表面進入處于層流狀態(tài)的邊界層； 水分從邊界層進入處于

2、紊流狀態(tài)的空氣中。層流層流時，流體沿壁面法線方向的熱量傳遞主要依靠導(dǎo)熱，故對流換熱系數(shù)的大小取決于流體的導(dǎo)熱系數(shù)。如圖a紊流紊流時，紊流核心的熱阻較小，對流換熱系數(shù)的大小主要取決于層流底層的熱阻。如圖c介于層流與紊流之間的流動狀態(tài)稱為過渡流動狀態(tài)過渡流動狀態(tài)。如圖b要強化對流換熱效果，應(yīng)該在一定程度上提高流體的流速，這樣可以使流體的流態(tài)由層流變?yōu)槲闪?，減小層流底層的厚度，提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。圖a圖b圖c)(0eMMiMeM ：換水系數(shù) ：木材表層的實際含水率 ：與邊界層相對濕度所對應(yīng)的木材的平衡含水率影響影響木材表層水分進入邊界層速度的因素因素有：木材的密度、木材表層的含水率；邊界層的相對濕度、

3、空氣的溫度、濕度、流速。水分由木材表面進入邊界層 流量公式為： 由邊界層進入紊流的空氣中 其流量公式為：i=B(pbh - psz)B： 水分蒸發(fā)系數(shù)pbh：邊界層的飽和蒸汽壓力psz：紊流狀態(tài)空氣的水蒸氣分壓影響影響水分由邊界層進入紊流空氣中速度的因素因素有：紊流空氣的溫度、濕度、流動速 度、流動方向。 注：用干燥勢干燥勢代替蒸發(fā)勢蒸發(fā)勢 pbh - psz =t(65-0.0006psz)； 當氣流方向平行于被蒸發(fā)水面、溫度在0250 范圍內(nèi)時，B0.0017+0.0013 （：平行水面的氣流速度） 1.干燥過程中木材中水分的蒸發(fā)與移動干燥過程中木材中水分的蒸發(fā)與移動 木材內(nèi)部水分的移動木

4、材內(nèi)部水分的移動 木材木材內(nèi)部水分內(nèi)部水分移動的路徑移動的路徑(P60)： 自由水自由水移動的路徑移動的路徑 自由水因毛細管力作用以 液態(tài)形式沿大毛細管系統(tǒng) 作毛細管運動。 吸著水吸著水移動的路徑移動的路徑 微毛細管路徑 大毛細管路徑 混合路徑微毛細管路徑微毛細管路徑 ( (a a) )在毛細管張力作用下水分呈液體狀態(tài)沿著細胞壁內(nèi)的微毛細管系統(tǒng)由內(nèi)向外移。毛細管張力隨著毛細管直徑的縮小而增大，表層的毛細管張力比內(nèi)層的大，在這種張力差作用下，促使結(jié)合水從含水率高的部位向含水率低的部位移動。大毛細管路徑大毛細管路徑 ( (b b) )在水蒸氣分壓差作用下，水分呈蒸汽狀態(tài)沿著由相鄰的細胞腔，紋孔腔及

5、紋孔膜上的微孔所組成的大毛細管道向木材表面擴散?；旌下窂交旌下窂?( (c c) )即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微膠粒間毛細管和細胞腔的移動或擴散。cabrppcos210l2.影響水分傳導(dǎo)的因子影響水分傳導(dǎo)的因子(P60)： 內(nèi)因：內(nèi)因：樹種樹種：木材的樹種有針葉材和闊葉材之分，而闊葉樹材又有環(huán)孔材和散孔材之分，環(huán)孔材的水分傳導(dǎo)小于散孔材和針葉材；紋孔大而多，且紋孔膜上的微孔數(shù)量多、紋孔開放的樹種水分移動快；一般密度小的樹種水分移動快。 木材的部位：木材的部位：心材較邊材移動慢，主要是由于心材的紋孔多 閉塞，且內(nèi)含侵填成分。 水分移動方向：水分移動方向：順纖維方向

6、的水分傳導(dǎo)比橫纖維的大1020倍；徑向水分傳導(dǎo)比弦向水分傳導(dǎo)大15%20 % 。 含水率：含水率：含水率對水分移動影響不明顯。 干縮引起紋孔膜上微孔擴大。 M下降，下降，微毛細管水分傳導(dǎo)徑路(a)效率減小， 大毛細管水分傳導(dǎo)徑路(b)效率增加。 木材溫度：木材溫度：溫度越高，水分移動越快。一方面增加 了水分子的動能，另一方面降低了水分子之間的粘度。 外因：外因：干燥介質(zhì)的溫度、濕度和氣流速度。 介質(zhì)的溫度越高、濕度越小、氣流速度越大，水分傳導(dǎo)越快。p樹種樹種環(huán)孔材環(huán)孔材：環(huán)孔材是指在一個年輪內(nèi)早晚材管孔的大小區(qū)別明顯，早晚材過渡是急變的，管孔的大小界限區(qū)別明顯，分布均勻或不均勻，大多數(shù)的管孔沿

7、年輪呈環(huán)狀排列，有一至多列。如檫木、刺槐、黃波羅和榆屬等。散孔材散孔材：在一個年輪內(nèi)早晚材管孔的大小區(qū)別不明顯，分布均勻或比較均勻。如楊木、柳木、樺木和馬占相思等。p紋孔紋孔u紋孔（紋孔（pitpit）：通常指木材細胞壁增厚產(chǎn)生次生壁過程中，初生壁上未增厚的部分，即次生壁上的凹陷。p密度早材（早材（earlywood）：樹干中靠近髓心一側(cè)，樹木每年生長季節(jié)早期形成一部分木材。早材材性的特征：對于溫帶、寒帶和亞熱帶生長的樹木來說，每年春季雨水較多，氣溫高，水分、養(yǎng)分較充足，形成層細胞分裂速度快，細胞壁薄，形體較大，材質(zhì)較疏松材質(zhì)較疏松顏色較淺。晚材晚材(latewood)：靠近樹皮一側(cè)，樹木每年

8、生長后期形成的一部分木材。晚材材性的特征：在溫帶、寒帶的秋季和亞熱帶的秋季，雨水少，樹木營養(yǎng)物質(zhì)流動緩慢，形成層細胞的活動逐漸減弱，細胞分裂速度緩慢，而后逐漸停止，形成的細胞腔小而壁厚，木材組織致密，材質(zhì)硬組織致密，材質(zhì)硬，材色深。一些樹種樹干的外圍部位，水分較多，細胞仍然生活細胞仍然生活，顏色較淺的木材稱為邊材；一些樹種的樹干中心部位，水分較少，細胞已死亡細胞已死亡，顏色比較深的木材稱為心材。細胞腔出現(xiàn)單寧、色素、樹膠、樹脂以及碳酸鈣等沉積物邊材生活細胞死亡水分疏導(dǎo)系統(tǒng)阻塞材質(zhì)變硬，密度增大，滲透性降低，耐久性提高邊材著色變?yōu)樾牟膒邊材邊材(sapwood)和心材和心材(heartwood)

9、4.木材的對流干燥過程木材的對流干燥過程(P61)（1） M M FSP：大毛細管中沒有水，充滿了濕空氣。：大毛細管中沒有水，充滿了濕空氣。 含水率分布曲線、干燥曲線和溫度曲線如 下圖：oa段為預(yù)熱階段段為預(yù)熱階段，ab段為干燥階段段為干燥階段0ab含水率M溫度tt=t0MHMetaMkMMMHMeM=01243S0 （2） 當當M M FSP時：細胞腔內(nèi)含有液態(tài)自由水。時：細胞腔內(nèi)含有液態(tài)自由水。 由于木材整個斷面上的水層厚度都相等，不形成毛細不形成毛細管張力差管張力差，故沒有沿著微毛細管的液態(tài)水分的移動； 由于細胞腔內(nèi)含有液態(tài)水分，不存在水蒸氣分壓不存在水蒸氣分壓，故沒有沿著大毛細管的蒸汽

10、狀態(tài)水分的移動。液態(tài)自由水只能在毛細管壓力差的作用下沿著細胞腔和紋孔腔向外移動。過程過程：水分蒸發(fā)一開始， M表降低，當M表沒達到M FSP時，木材內(nèi)部水分不能移動。從表層的自由水完全被排去的瞬間開始，木板內(nèi)層和表層之間產(chǎn)生了毛細管壓力差；在毛細管壓力差的作用下，促使液態(tài)自由水按照水分蒸發(fā)的強度向表層移動。這期間， M表保持在接近M FSP的固定水平，干燥速度固定不變，速度由木板表面的水分蒸發(fā)強度決定。隨著自由水的排出，移動路徑逐漸加長，水分移向表面的速度逐漸減??；從v移v蒸的瞬間開始， M表即降低到M FSP以下，木板厚度上形成兩個區(qū)。外區(qū)水分在含水率梯度的作用下移動；內(nèi)區(qū)水分在毛細管壓力的

11、作用下使自由水移到兩區(qū)交界處，一部分變?yōu)檎羝?，另一部分仍在液態(tài)下繼續(xù)沿著外區(qū)的微毛細管移動。這期間， M表 M FSP， v移v蒸，干燥速度逐漸緩慢。 含水率斷面分布及干燥曲線、溫度曲線如下圖： 在厚度斷面上，形成了兩個區(qū)域： M M FSP 的外區(qū)和M M FSP的內(nèi)區(qū)。 在干燥曲線上分成了兩個段：等速干燥段等速干燥段ab和和減速干燥段減速干燥段bd。 MFSPSMMHMP012345MFSPM=00abdcMK含水率M溫度tttCMHMeMfKM理論上，等速干燥段發(fā)生在自由水蒸發(fā)階段，其與減速干燥段的分界點為MFSP 。實際上，由于M表很快降低到MFSP以下 ，而M內(nèi)仍然高于MFSP ，致使