第六讲 木材干燥时的传热、传湿(二).ppt

1、主要内容： 干燥过程中木材水分的蒸发与移动 木材内部水分移动的路径 影响水分传导的因子 木材对流干燥过程,第六讲 木材干燥时的传热、传湿（二）,1.干燥过程中木材中水分的蒸发与移动(P58) 木材表面的水分蒸发 当M 表 MFSP时 木材表面水分蒸发与自由水面蒸发是一样的， 只发生在周围介质的相对湿度1的情况，介质的越小，蒸发速度越快； 当M 表 MFSP时 水分蒸发量由木材内部水分向表面的移动速度决定。 木材表面水分蒸发包括两个部分 水分由木材表面进入处于层流状态的边界层； 水分从边界层进入处于紊流状态的空气中。,层流时，流体沿壁面法线方向的热量传递主要依靠导热，故对流换热系数的大小取决于流

2、体的导热系数。如图a 紊流时，紊流核心的热阻较小，对流换热系数的大小主要取决于层流底层的热阻。如图c 介于层流与紊流之间的流动状态称为过渡流动状态。如图b 要强化对流换热效果，应该在一定程度上提高流体的流速，这样可以使流体的流态由层流变为紊流，减小层流底层的厚度，提高表面传热系数。,：换水系数 ：木材表层的实际含水率 ：与边界层相对湿度所对应的木材的平衡含水率,影响木材表层水分进入边界层速度的因素有：木材的密度、木材表层的含水率；边界层的相对湿度、空气的温度、湿度、流速。,水分由木材表面进入边界层 流量公式为：,由边界层进入紊流的空气中 其流量公式为：i=B(pbh - psz),B： 水分蒸

3、发系数 pbh：边界层的饱和蒸汽压力 psz：紊流状态空气的水蒸气分压,影响水分由边界层进入紊流空气中速度的 因素有：紊流空气的温度、湿度、流动速 度、流动方向。 注：用干燥势代替蒸发势 pbh - psz =t(65-0.0006psz)； 当气流方向平行于被蒸发水面、温度在0250 范围内时，B0.0017+0.0013 （：平行水面的气流速度）,1.干燥过程中木材中水分的蒸发与移动 木材内部水分的移动 木材内部水分移动的路径(P60)： 自由水移动的路径 自由水因毛细管力作用以 液态形式沿大毛细管系统 作毛细管运动。 吸着水移动的路径 微毛细管路径 大毛细管路径 混合路径,微毛细管路径

4、(a) 在毛细管张力作用下水分呈液体状态沿着细胞壁内的微毛细管系统由内向外移。毛细管张力随着毛细管直径的缩小而增大，表层的毛细管张力比内层的大，在这种张力差作用下，促使结合水从含水率高的部位向含水率低的部位移动。,大毛细管路径 (b) 在水蒸气分压差作用下，水分呈蒸汽状态沿着由相邻的细胞腔，纹孔腔及纹孔膜上的微孔所组成的大毛细管道向木材表面扩散。,混合路径 (c) 即水分交替地既呈液体状态又呈蒸汽状态，不断沿着彼此相邻的微胶粒间毛细管和细胞腔的移动或扩散。,c,a,b,2.影响水分传导的因子(P60)： 内因：树种：木材的树种有针叶材和阔叶材之分，而阔叶树材又有环孔材和散孔材之分，环孔材的水分

5、传导小于散孔材和针叶材；纹孔大而多，且纹孔膜上的微孔数量多、纹孔开放的树种水分移动快；一般密度小的树种水分移动快。 木材的部位：心材较边材移动慢，主要是由于心材的纹孔多 闭塞，且内含侵填成分。 水分移动方向：顺纤维方向的水分传导比横纤维的大1020倍；径向水分传导比弦向水分传导大15%20 % 。 含水率：含水率对水分移动影响不明显。 干缩引起纹孔膜上微孔扩大。 M下降，微毛细管水分传导径路(a)效率减小， 大毛细管水分传导径路(b)效率增加。 木材温度：温度越高，水分移动越快。一方面增加 了水分子的动能，另一方面降低了水分子之间的粘度。 外因：干燥介质的温度、湿度和气流速度。 介质的温度越高

6、、湿度越小、气流速度越大，水分传导越快。,树种 环孔材：环孔材是指在一个年轮内早晚材管孔的大小区别明显，早晚材过渡是急变的，管孔的大小界限区别明显，分布均匀或不均匀，大多数的管孔沿年轮呈环状排列，有一至多列。如檫木、刺槐、黄波罗和榆属等。 散孔材：在一个年轮内早晚材管孔的大小区别不明显，分布均匀或比较均匀。如杨木、柳木、桦木和马占相思等。,纹孔,纹孔（pit）：通常指木材细胞壁增厚产生次生壁过程中，初生壁上未增厚的部分，即次生壁上的凹陷。,密度 早材（earlywood）：树干中靠近髓心一侧，树木每年生长季节早期形成一部分木材。早材材性的特征：对于温带、寒带和亚热带生长的树木来说，每年春季雨水

7、较多，气温高，水分、养分较充足，形成层细胞分裂速度快，细胞壁薄，形体较大，材质较疏松颜色较浅。 晚材(latewood)：靠近树皮一侧，树木每年生长后期形成的一部分木材。晚材材性的特征：在温带、寒带的秋季和亚热带的秋季，雨水少，树木营养物质流动缓慢，形成层细胞的活动逐渐减弱，细胞分裂速度缓慢，而后逐渐停止，形成的细胞腔小而壁厚，木材组织致密，材质硬，材色深。,一些树种树干的外围部位，水分较多，细胞仍然生活，颜色较浅的木材称为边材； 一些树种的树干中心部位，水分较少，细胞已死亡，颜色比较深的木材称为心材。,边材(sapwood)和心材(heartwood),4.木材的对流干燥过程(P61) （1

8、） M M FSP：大毛细管中没有水，充满了湿空气。 含水率分布曲线、干燥曲线和温度曲线如 下图：,oa段为预热阶段，ab段为干燥阶段,（2） 当M M FSP时：细胞腔内含有液态自由水。 由于木材整个断面上的水层厚度都相等，不形成毛细管张力差，故没有沿着微毛细管的液态水分的移动； 由于细胞腔内含有液态水分，不存在水蒸气分压，故没有沿着大毛细管的蒸汽状态水分的移动。 液态自由水只能在毛细管压力差的作用下沿着细胞腔和纹孔腔向外移动。,过程： 水分蒸发一开始， M表降低，当M表没达到M FSP时，木材内部水分不能移动。 从表层的自由水完全被排去的瞬间开始，木板内层和表层之间产生了毛细管压力差；在毛

9、细管压力差的作用下，促使液态自由水按照水分蒸发的强度向表层移动。 这期间， M表保持在接近M FSP的固定水平，干燥速度固定不变，速度由木板表面的水分蒸发强度决定。 随着自由水的排出，移动路径逐渐加长，水分移向表面的速度逐渐减小；从v移v蒸的瞬间开始， M表即降低到M FSP以下，木板厚度上形成两个区。 外区水分在含水率梯度的作用下移动；内区水分在毛细管压力的作用下使自由水移到两区交界处，一部分变为蒸汽，另一部分仍在液态下继续沿着外区的微毛细管移动。 这期间， M表 M FSP， v移v蒸，干燥速度逐渐缓慢。,含水率断面分布及干燥曲线、温度曲线如下图：,在厚度断面上，形成了两个区域： M M FSP 的外区和M M FSP的内区。 在干燥曲线上分成了两个段：等速干燥段ab和减速干燥段bd。,MFSP,S,理论上，等速干燥段发生在自由水蒸发阶段，其与减速干燥段的分界点为MFSP 。 实际上，由于M表很快降低到MFSP以下 ，而M内仍然高于MFSP ，致使这个分界点