木材微波干燥熱質轉移及其數值模擬.pdf

1、微波干燥是一種快速高效的現代干燥技術，已經廣泛應用在各種行業(yè)，然而上業(yè)化的木材微波干燥卻沒有取得實質性進展。豐富和完善木材在微波作用下的熱質轉移理論，對于更加科學地控制木材微波干燥過程、提高干燥質址具有重要的理論意義和實用價值。本文根據微波作用下木材內部水分和熱量的轉移現象，研究了不同含水率階段的熱質轉移機理，建立了微波作用下木材熱質轉移耦合的數值計算模型，系統(tǒng)研究了微波干燥過程中木材內部含水率、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轉移規(guī)律的影響，為木材在微波作用下內部的含水率場和溫度場的控制奠定理論基礎，為木材微波干燥的合理應用提供理論依據。研究的主要內容和結果如下：
　　 分析了在微波干燥過程中木材內部水分在不同含水率階段的遷移過程，認為自由水和水蒸氣是在壓力梯度作用下遷移，結合水是在化學勢作用下遷移，同時考慮相變過程。
　　 基于體積平均理論，假設相變過程中各相處于局部熱力學半衡，且視水蒸氣為理想氣體，考慮木材內部各相的

3、質量和能量守恒關系，建立了微波干燥過程中不同含水率階段的熱質轉移非線性耦合數學模型，模型的基本參數為木材的含水率和溫度，模型系數是基本參數的函數。
　　 采用全隱式有限差分法，對建立的熱質轉移控制方程、對流邊界條件和初始條件進行離散，獲得非線性離散方程組；在同一時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層的基本參數預測值，把預測值代入離散方程系數中獲得下一時層的校正值，如此循環(huán)運用預測——校正系統(tǒng)，最終

4、獲得整個微波干燥過程中熱質轉移的數值解。
　　 以落葉松材的微波干燥為例，比較分析了試驗值和模型預測值的變化規(guī)律。結果顯示，試驗結果和模擬結果擬合較好，數值計算結果能夠預測微波干燥過程中狀態(tài)參數的變化及其熱質轉移過程。
　　 運用MATLAB編程對模型進行了數值模擬。詳細分析了微波干燥過程中不同含水率階段，木材內部的含水率、溫度和蒸汽壓力隨時問的變化規(guī)律和沿厚度方向的分布規(guī)律。結果表叫：在微波干燥過程中，可以根據參數的變

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，熱質轉移模型預測結果均顯示，在整個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。
　　 進一步研究了木材初含水率和厚度對基本參數變化規(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耦合效率和干燥過程曲線。結果表明：干燥時間、干燥速度和各干燥段占總干燥時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木材各參數與時問的關系進