1、第一讲 绪论,主要内容： 1. 木材干燥的定义 2. 木材干燥的目的 3. 木材干燥的方法,一、干燥现象,1.木材干燥（Wood Drying or Wood Seasoning）：在热力作用下，以蒸发或沸腾的汽化方式将木材内部水分排出去的过程。热力干燥：通过分子振动以破坏液体与物体之间的化学和静电结合，使物体干燥。 2.木材干燥的研究对象:是实体木材(Solid Wood)，即锯材的干燥，研究木材的干燥特性及其在干燥过程中的热质转移规律和水分传导现象，研究实施木材干燥的设备和工艺及其技术经济指标。,二、干燥条件,木材内部的水分为什么能够被排除？ 其相关的条件是什么？,（条件：介质的湿度、温度
2、、流动速度）,三、木材干燥的目的（意义）,1. 防止木材变形和开裂，保证产品的加工质量；2. 提高木材的力学强度，改善木材的物理性能；3. 预防木材腐朽变质，延长木材的使用寿命；4. 减轻木材重量，降低运输费用。,四、木材的干燥方法 (drying methods),总体分为:自然干燥(natural drying)人工干燥(artificial drying)根据木材的加热方式可分为:对流干燥电介质干燥辐射干燥接触干燥,1.对流干燥,对流干燥：通过介质的对流进行热质交换达到干燥的目的。 大气干燥(air drying)室干(kiln drying)：低温、常温、高温除湿干燥(dehumidi
3、fication drying)太阳能干燥(solar-energy drying)真空干燥(vacuum drying) 与称为常规干燥（conventional or usual drying） 特种干燥（special drying）,2.电介质干燥,电介质干燥：把湿木材作为电介质，置于微波或高频电磁场中，在频繁交变的电磁场作用下，木材中的极化水分子迅速旋转，相互磨擦，产生热量，加热和干燥木材。 高频干燥(high frequency drying or radio frequency drying)：高频指波长1000m至7.5m、频率0.3MHz至40MHz的电磁波微波干燥(micr
4、owave drying）：微波指波长1m至1mm、频率300MHz 至300GHz的电磁波,3.辐射干燥,辐射干燥：利用辐射热加热木材内部水分，使之汽化。例如红外线干燥(infra-red drying)，即用红外辐射元件产生的红外线直接照射木材，使之加热、脱水的干燥方法。当物体温度低于500时发出的热辐射线几乎全部是红外线，红外线的波长介于可见光和微波之间，为0.761000m ,4.接触干燥,接触干燥：利用导热体或比木材更强的吸湿体或能与水进行反应的物质与木材接触使之干燥的方法。例：加压干燥（pressure drying）,5.化学干燥 化学干燥（chemical drying）：指利
5、用高温有机或无机化合物作干燥介质加热和干燥木材从方法。 （1）有机溶剂干燥溶剂干燥、共沸干燥、有机化合物蒸汽干燥 （2）化学药品干燥,五、木材干燥技术的基本内容,木材干燥的基本理论包括木材干燥介质、有关干燥的木材性质、木材加热和水分传导的基本规律、木材干燥内应力与木材变形等。 木材干燥的基本方法包括常规干燥和特种干燥的特点及其适用性。 干燥设备包括各种常规室干设备和特种干燥设备的结构、性 能、使用与维护方法。 干燥质量检验及经济核算包括锯材质量检验指标与检验方法、锯材干燥质量分级标准、干燥成本的核算。,六、木材干燥技术的发展,1.我国木材干燥技术的现状 1.1 我国木材干燥工业的特点 企业的干
6、燥意识增强。 干燥方法呈现以常规干燥为主、特种干燥方法并存的多样化格局。 经营模式逐渐与国际接轨，集中加工，集中干燥的局面初步形成。 干燥能力持续增长。仅以绥芬河市为例， 1998年有干燥室4间，总设计装材量为300立方米；2002年有干燥室126间，总设计装材量为9925立方米；到2004年，干燥室近400间，总设计装材量约32000立方米。 干燥设备科技含量不断增加，性能不断提高。 木材干燥规范化管理标准基本齐备。,1 GB/T6491-1999锯材干燥质量 2 LY/T木材干燥室（机）型号编制方法 3 LY/T锯材气干工艺规程 4 LY/T锯材室干工艺规程 5 LY/T锯材干燥设备通用技
7、术条件,我国生产各类干燥设备的企业约20家，产品质量基本能满足生产要求，但与国外先进设备尚存在以下差距： 检测与控制系统精度差、可靠性差; 加工粗糙、造型不够精美; 干燥设备的零部件质量差。（例：蒸汽阀、疏水器、电磁阀、电控元件等）,1.2 设备的差距：,能耗问题： 供热设备热效率低：我国的干燥设备中，蒸汽干燥占80%以上，而炉气和直火式烟气干燥在小型企业中较多。我国工业锅炉的平均热效率只有60%。 干燥室密封性差、保温不良：干燥的进、排汽热损约占热能的40%，加上门、墙体的损失，其能量利用率一般低于30%。 加热器配置不合理：与国外同容量的干燥室相比，我国配置的加热器面积约大20%左右。 环
8、保问题： 以年产1万m3蒸汽干燥车间为例，需配置一台4吨/h的锅炉，其有害物质排放量为：CO21900m3/h，SO245 m3/h ，有害物40kg/h，还有少量NO2,1.3 能耗及环保问题：,我国多数中小型木材加工厂，干燥设备陈旧简陋，干燥技术管理与操作人员奇缺，干燥质量检验不够规范，干燥不当引起木材降等严重，一般大于20%，其中5%完全失去使用价值。据不完全统计，我国类似的年干燥量在100万立方米左右，以降等20%计，以每立方米因降等损失50元计算，直接经济损失在1000万元以上；以5%的木材失去使用价值计，则浪费森林资源5万立方米以上。,1.4 干燥质量的问题,2.木材干燥技术 2.
9、1联合干燥技术的应用 除湿-蒸汽联合干燥 真空-除湿联合干燥 除湿-微波联合干燥 气干-蒸汽联合干燥 太阳能-蒸汽联合干燥 太阳能-除湿联合干燥 真空-微波联合干燥,2.2开发精确性干燥技术 2.2.1干燥设备设计的精确性：建立干燥室设计数据库，开发计算机辅助设计，实现干燥自动化。加工的精确性：制定检验设备和加工精度的行业标准，与国际接轨，引入市场竞争机制。 2.2.2干燥工艺我国的干燥规程已涉及60余种木材，但我国的材种有2000多种。今后研究方向：集中制定人工速生材、小径材、难干阔叶材及进口材的干燥工艺；研究精确性干燥工艺。,2.2.3干燥参数的检测与控制例：含水率的检测目前干燥生产上普遍
10、采用电阻法测定木材的含水率。但这种方法在高含水率（高于30%）和低含水率（低于10%）阶段误差都很大。这样，为了保证干燥质量，干燥的终含水率往往比预定值低1-2 % 。从而造成干燥时间长、能耗大、成本高的结果。（含水率检测新技术：CT扫描、伦琴射线法、射线法测含水率分布）,2.3干燥理论的突破干燥基础理论研究应侧重以下几个方面：干燥过程的数值模拟 干燥过程的传热传质 干燥过程中木材内部的应力分布及影响因素 含水率分布的在线无损检测 气体动力学与气流循环的优化 干燥的环保问题,2.4木材干燥技术发展的主题提高干燥质量，减少木材降等，降低能耗，提高设备生产率，改善劳动环境，减少环境污染，降低干燥成
11、本。 作业： 1.什么是木材干燥？ 2.木材干燥的目的是什么？ 3.木材干燥的方法有哪些？ 4.阅读中国木材干燥工业的现状与展望（作者：顾炼百，杜国兴） 南林大学学报自然科学版Vol.25.No.6，Nov.,2001,第二讲 干燥介质的性质,主要内容： 1.干燥介质的定义及常用干燥介质的性质 2.过热蒸汽的焓 3.相对湿度、湿容量、湿含量 4.湿空气的焓,干燥介质（drying medium）：在干燥过程中能够把热量传递给木材、同时又能把木材排出的水汽带走的媒介物质（可为气体或液体）。 常用的木材干燥介质有：过热水蒸汽(superheated steam)、 湿空气(moist air)、炉
12、气 (furnace air),一、过热水蒸汽的性质,1过热水蒸汽的产生水蒸气的定压发生过程：,水 湿饱和蒸汽（湿蒸汽） 干饱和蒸汽（干蒸汽） 过热蒸汽,湿饱和蒸汽：水在汽化过程中形成的汽、水两相混合物，白色、雾状。干饱和蒸汽：水在汽化过程中形成的与沸腾水相平衡的蒸汽，无色、透明。过 热 蒸 汽：温度高于相同压力下饱和蒸汽的蒸汽。湿饱和蒸汽是水与干饱和蒸汽的混合物。 思考：蒸馒头时，正常情况下锅内的水蒸气为什么状态？如锅内的水被烧干，即“干锅”，这时锅内蒸气状态将发生什么变化？时间长了对馒头会产生什么影响？为什么？2干度：单位质量的湿饱和蒸汽中含有干饱和蒸汽的量，用x表示。(描述湿饱和蒸汽的量
13、)水的干度为 ，干饱和蒸汽的干度为 ，湿饱和蒸汽的干度介于 和 之间。,3饱和蒸汽的温度与其压力的关系：饱和蒸汽的压力称为饱和压力，相对应的温度称为饱和温度。二者存在对应关系，在90250范围内，可近似地用下式表示：Pbh=（tbh/100）4注：蒸汽的饱和温度等于在该压力下水的 沸点。,4过热度：过热蒸汽的温度与相同压力下饱和蒸汽温度的差。过热度越大，过热蒸汽的状态距离饱和蒸汽的状态越远，过热蒸汽越不饱和，干燥能力越强。(描述过热蒸汽的量) 饱和度：单位体积过热蒸汽的质量与同温度下达到饱和形成干饱和蒸汽的质量的比值。(描述过热蒸汽的量)过热蒸汽是未饱和蒸汽，其饱和度可表示为：=gr/bhPg
14、r/Pbhgr、Pgr：表示过热蒸汽的密度和压力。bh、Pbh：表示同温度下饱和蒸汽的密度和压力。 （特例：常压过热蒸汽）,5过热蒸汽的焓 在常压状态下，过热蒸汽的焓可由下式表示（从产生过程来计算） ：in=i1+i2+i3i1：表示单位质量的水由0到100所具有的焓。i2：表示100的水完全变成100的干饱和蒸汽所具有的焓，即水的汽化潜热。i3：表示100的干饱和蒸汽变成某一温度过热蒸汽所具有的焓。例：计算从木料中蒸发1kg水分需要过热蒸汽？设蒸发水分前1kg常压过热蒸汽所具有的焓为：in=i1+i2+i3=419+2257+2（t1-100）=2476+2t1（kJ/kg）,蒸发水分后过热
15、蒸汽的温度由流入材堆时的t1降到流出材堆时的t2，其焓减为：in=419+2257+2(t2-100) 则蒸发水分前后过热蒸汽焓的减少量为：i1=in-in=2（t1t2) 木料中1kg水分变为温度为t2的过热蒸汽后，焓的增量为：i2= in419= 2257+2（t2-100） 假设从木料中蒸发1kg水分所需之过热蒸汽量为Lkg，则有：Li1 1i2 所以蒸发1kg水所需要的过热蒸汽为：L= i2/ i1 =（1029+ t2 ）/（ t1t2 ） 1千克过热蒸汽蒸发水的量为L的倒数，即：D=1/L=（ t1t2 ）/ （ 1029+ t2 ） (kg/kg)= 1000（ t1t2 ）/
16、（ 1029+ t2 ） (g/kg)流过材堆的每1kg过热蒸汽的温度每降低1，则会从木料中蒸发出1g的水。精确计算时，在100150范围内，D值为0.850.89g/kg。,二、湿空气的状态参数,1湿空气的组成：湿空气由干空气和水蒸汽组成。湿空气可以看作是理想气体，遵循理想气体的状态方程。 2湿空气的压力：湿空气的压力P等于干空气的压力Pgk与水蒸汽的压力Psz之和。即：P=Pgk+Psz (在一定温度条件下，Psz是衡量湿空气干燥与潮湿的基本指标),3 湿空气的湿度： 绝对湿度(absolute humidity)：单位体积的湿空气中所含水蒸汽的质量（决定于温度和相对湿度) 。 湿容量：饱
17、和湿空气的绝对湿度。 湿容量反映了湿空气的吸湿能力，它随温度的升高而明显增加。() 20 10 0 20 40 60 80 10010000(g/m3) 0.29 0.81 2.1 17.3 51.1 130 293 598 相对湿度(relative humidity)：单位体积的湿空气中含有水蒸汽的重量与同温同压下可能含有最大水蒸汽的重量之比，即：绝对湿度与湿容量之比。 相对湿度也称为湿空气的饱和度，说明在一定温度条件下湿空气被水蒸汽所饱和的程度。为0时则为干空气，为100 %时则为饱和空气。 相对湿度的测定：干湿球温度计法和湿敏试片法。,.干湿球温度计法：,干球温度计(dry-bulb
18、thermometer or D.B.T),湿球温度计(wet-bulb thermometer or W.B.T),.湿敏试片法:,Equilibrium moisture content or EMC,在温度一定的情况下，湿度随气流流速的不同而变化。一种 是用于气干过程，空气流速不大于0.5m/s的湿度表，见表31； 另一种是用于常规室干过程，空气流速在1.52.0m/s的湿度 表，见表32。,例1：已知干燥室内循环空气的干球温度为80 ，湿球温度为72 ，查表求相对湿度。 解：t = t-tM = 80-72 = 8 ，则根据t = 80 、t = 8 ，查表得： = 70%。,例2：已
19、知某干燥阶段循环空气的干球温度为56 ，相对湿度为53%，此时空气湿球温度为多少? 解：根据t = 56 、 = 53%查表得t = 11 ，因此湿球温度tM =t t = 56-11 = 45 。,.卡锐尔卡喷特尔方程式计算法,4湿空气的湿含量：含有1千克干空气的湿空气中水蒸汽的克数，用d表示，单位：g/kg。（思考：为什么用干空气的质量作为标准？）湿含量d 可用下式计算：d 622psz/(p-psz) (g/kg)当大气压力p为一定值时， d f(psz)5湿空气的热焓量：指在以1kg干空气为基础的湿空气中，干空气与水蒸汽的热量总和，即（1+0.001 d ）kg湿空气所含有的热量，用I
20、表示，单位：kJ/kg 。,6湿空气的密度：1立方米湿空气中含干空气的质量和水蒸气的质量的总和。 7湿空气的比容 v =f(T,d)例：已知湿空气干球温度为80，相对湿度为66%，试确定其湿球温度、湿含量、焓、水蒸气分压力。,假设湿空气中干空气的含量为1kg，其焓为igk，那么水蒸汽的含量为dg，其焓为0.001d isz，其中isz为1kg水蒸汽的焓。 则湿空气的质量为：（1+0.001d）kg，其焓I为：I =igk+0.001d isz=Cgkt+ 0.001d（r+Cszt）=1.0t+0.001d（2500+1.9t）=1.0t+2.5d+0.0019td,三、炉气的性质,1炉气：煤
21、、炭、木材等燃烧产生的湿热气体。其主要组成成分为氮、氧、二氧化碳、二氧化硫及水蒸汽等。 2炉气作为木材干燥介质的要求：不要有烟，要完全燃烧，过剩空气系数大；炉气内不应夹杂火花和灰尘；炉气流量要稳定。,作业：P145 1，2，3 补充： 1.什么是干燥介质？常用的干燥介质是什么？湿饱和蒸汽，干饱和蒸汽，过热蒸汽中，哪几种可作干燥介质？ 2. 干度和过热度的区别是什么？湿球温度和干球温度的区别是什么？ 3.已知空气干燥介质的干球温度为80 ，如果要求介质的相对湿度为77，试查表确定湿球温度应为多少？ 4.已知湿空气干球温度为70，湿含量为180g/kg，试确定其焓、相对湿度、水蒸气分压力。,第三讲
22、 湿空气的Id图,主要内容 1. Id 图的内容 2. Id 图的绘制 3. Id 图的应用,一、 Id 图的内容,Id 图主要是描述湿空气的状态,即通过确定湿空气的各个参数，来确定湿空气的状态。 Id 图的横坐标是表示湿空气的湿含量及湿空气中水蒸汽的分压。纵坐标表示湿空气的温度、焓、密度及比容。 Id 图总体分成两个区域，即不饱和区和饱和区（雾区）。,Id 图总体分成两个区域，即不饱和区和饱和区（雾区）。,Id 图主要是描述湿空气的状态,即通过确定湿空气的各个 参数，来确定湿空气的状态。,1.角度的确定,D为状态点 ，其焓为：I=1.0t+2.5d+0.0019td 设t=0为水平线，则当t
23、=0时，I=2.5d (A点); 当t=0、d=0时，I=0 (O点) 。当d=0时，I=1.0t (E点); E点和D点的温度均为t。,二、 Id 图的绘制,2. t=const线根据公式： I=t+2.5d+0.0019td 当t=const时，公式可写成I=A+Bd形式，可见t=const线为一条直线。,3. =const线根据公式：pd/（622+d）pH当=const时，如果p=0.1MPa，根据pH=（t/100）4，这样对于给定的一组t值，可得出相应的一组d值。从而描绘出=const的等相对湿度线。,4. psz=const线根据公式psz =pd/（622+d）当p=0.1MP
24、a时， psz d 5. =const线根据公式 =（0.00349 p 0.00132 psz）/（273+t）,三、 Id 图的应用,1. 湿空气的加热过程在Id 图上的表示。加热过程用于干燥空气（ I增、t升、降 ）,2. 湿空气的冷却过程在Id 图上的表示,tP称为湿空气的 露点温度(dew point temperature)， tPf(d)，而与tA无关。,3. 水分的蒸发过程在Id 图上的表示（1）0水的蒸发过程,由于原来的水有温度，所以具有一定的焓，当一定量的湿空气蒸发这部分水时，湿空气本身的焓没有变，但总体增加了水的焓。水的焓为：4.19* 0.001dM* tM = 0.0
25、0419 tMdM，这是湿空气的湿含量为0时的情况，当湿空气的湿度为dc时，则进入湿空气的水分量为dM dC，焓的增量为： I= 0.00419 tM（dM dC）(注：I很小，可忽略；湿球温度的找法及形成）,（2）温度为tM（ tM 0）水的蒸发,图中的CM线称为冷却极限常数线或称为绝热饱和线。 tC-tM称为干燥势（drying power），即干湿球温度差(wet-bulb depression )，用 t表示。 在水分蒸发时，是借助蒸汽压力的不同来进行的。所以，pbh-psz称为水分蒸发势，用 p表示。 在psz 60kPa时，蒸发势（ p）与干燥势（ t ）的关系是： p= t （6
26、5-0.0006psz）,4. 湿空气的混合 (1) 两种不同状态A、 B的湿空气混合后的状态为CA(I0, d0) ,m0kgB(I1, d1), m1kgC(I2, d2) ,(m0+m1）kg由湿平衡原理得：m0d0+m1d1=(m0+m1)d2m1/m0=(d2-d0)/(d1-d2)由热平衡原理得：m0I0+m1I1=(m0+m1)I2m1/m0=(I2-I0)/(I1-I2)所以：(d2-d0)/(d1-d2)=(I2-I0)/(I1-I2) m1/m0,混合点2靠近质量大的状态点。,（2）三种及多种状态空气的混合,状态分别为A、B、C的湿空气混合。,注：若混合点P点落在=1线的下
27、方，则P点为虚点，实际混合后的状态点应为过P点的等焓线IP（=IC ）与=1线的交点C。,干饱和蒸汽与空气的混合设湿空气的状态点为A（dA、tA），干饱和蒸汽的温度为tsz，喷入的蒸汽量为m千克=1000m克，则混合后气体的湿含量dB=dA+1000m,（3）空气与蒸汽的混合,湿饱和蒸汽与空气的混合I=0.00419tn（dB-dC）（ I 很小，可忽略）,5.木材干燥过程,多次循环理论干燥过程(不考虑热量损失)在I-d图上的绘制,作业：P145 5，6 补充： 1.分别绘出以下图形： 湿空气的加热过程、湿空气的冷却过程、水分的蒸发过程、（干、湿）饱和蒸汽与空气的混合过程、（两种或两种以上的）
28、湿空气的混合过程、理论干燥过程。 2.已知室内循环空气的湿含量为395g/kg、焓为1110kJ/kg，新鲜空气的湿含量为15 g/kg、焓为63kJ/kg，如果循环空气与新鲜空气按质量比151混合，试用直线分割法在I-d图上确定混合湿空气的温度、相对湿度、湿含量、焓、水蒸气分压力。,第四讲 与干燥有关的木材性质,木材含水率的计算 木材中水分的存在状态 木材平衡含水率 木材解吸与吸湿 木材干缩与变形 木材热学性质 木材电学性质 木材的弹性与塑性,一、木材中的水分 1.木材中水分的由来,生材的水分含量,2.木材中水分的计算 含水率（Water Content）：木材所含水分的多少用水分的质量分数
29、表示，称为木材含水率，是水分的质量与木材物质质量之比的百分率，记作W。 绝对含水率：W=（G湿-G干）/ G干*100% （用于木材加工） 相对含水率：W0=（G湿-G干）/ G湿*100% （用于研究木材燃烧性质） 3.水分的测定（1）烘干法（称重法，温度为1032）（2）电测法（含水率测定仪：常用仪器有直流电阻式和交流介电式）（3）蒸馏法 4.木材的分类：湿材、生材、半干材、气干材（8%18%）、室干材（7%15%）、绝干材,直流电阻式含水率测定仪的原理：在一定的含水率范围内，木材的电阻率（即单位长度、单位横截面积的木材电阻）与其含水率呈线性关系。,注意： 1.测定的含水率范围有限。精确测
30、量范围只有6%至30%。 2.需要进行温度校正。木材电阻受含水率、温度影响，当木材含水率不变化时，温度越高，木材的电阻率越小。 3树种校正。 4.测针插入木材的深度和方向。测针插入木材厚度的1/41/3，测出的读数能代表木材含水率的平均值。又木材横纹电阻率是顺纹的23倍，故测针须垂直于木材纹理方向。 5.锯材厚度不易大于30mm。,5.木材中水分的状态 （1）湿物体的分类： 毛细管多孔体：所含水分增加或减少时，物体尺寸不变,如焦碳，砖，陶瓷材料，木炭等。胶体：在吸收水分时能无限膨胀，到丧失其几何形状为止。如明胶，阿拉伯树胶，生面团，粘土。毛细管多孔胶体:在吸收水分和失水时，物体不丧失其几何形状
31、，尺寸发生有限度的变化。木材，纸板，布匹，皮革等。,（2）木材中的毛细管系统： 大毛细管系统：细胞壁上的纹孔与导管末端的穿孔使多数细胞的细胞腔相互沟通，构成大毛细管系统。对水分的束缚力很小，以至无束缚力。 微毛细管系统：在组成细胞壁纤维素链、基本纤丝、微纤丝及纤丝等之间，都有极为细微的间隙，它们相互连通，构成多级的微毛细管系统。对水分有不同程度的束缚力。 （3）木材中水分的状态： 自由水：大毛细管内的水分,大致上和自由水面上的水分一样地蒸发。 吸着水：微毛细管内的水分,必须在空气湿度低到一定程度，或者在额外加热的条件下，才能向空气中蒸发。,（4）木材的吸湿性 纤维饱和点：在大气条件下，当自由水
32、蒸发完毕，而吸着水还保持着最高量时的木材含水率叫纤维饱和点（FSP），又称吸湿极限。 WT=30%,变异范围：23-33%t=20, WT=30%t=60, WT=26%t=120, WT=18% 注：a.FSP是木材干燥的转折点。b.FSP随温度的升高而减小 ，FSP（1/T，树种） 。c.温度反应了木材从饱和空气中的吸湿能力，温度越高，木材从饱和空气中吸湿的能力越低。,吸湿（adsorption）：当木材含水率低于FSP时，细胞壁内的微毛细管系统能从湿空气中吸收水分，这种现象叫吸湿。反之，水分从微毛细管系统排往空气的现象叫解吸(desorption)。,思考：吸湿与吸水的区别是什么？干燥与
33、解吸的区别是什么？,平衡含水率：细薄木料在一定空气状态下，最后 达到的吸湿稳定含水率或解吸稳定含水率，叫平 衡含水率（EMC）。 EMC与空气温度、湿度有关，即EMC（1/T，）。P空一定时，T空每升高1，EMC降低0.071； T空一定时，空每升高1，EMC增加0.121， =100%时， EMCmax= FSP。 思考：木材平衡含水率在木材加工利用上有何实用意义？ 吸湿滞后(sorption hysteresis)：干木材在吸湿时达到的 稳定含水率，低于在同样气候条件下湿木材在解吸时 的稳定含水率，此现象叫吸湿滞后，或吸收滞后（即 W=W解-W吸）。 w与树种无关，随木材尺寸、干燥温度的增
34、大而增大。 6090时，w 2.5（多种木材的平均值） 思考：为什么会产生吸湿滞后这种现象？,二、相对湿度静区,当空气温度不变时，且其相对湿度在一定范围内变化时，木材的 含水率不变，这个相对湿度变化的区域称为木材的相对湿度静区。,注：w越大，相对湿度静区越大。,三、木材的干缩与变形,1.木材的干缩 干缩(shrinkage)：木材排出吸着水时，其尺寸随着变化，称为干缩。用干缩率y表示。 y=（l前-l后）/l后干缩的原因：干缩是细胞壁内的吸着水蒸发后，微纤丝、纤丝及微晶之间的水层变薄或失去而相互靠拢的结果，体现在纤丝的宽度上。 木材的干缩分为横向干缩和纵向干缩。弦向干缩和径向干缩注：正常木材
35、yl 0.1%-0.3% yr 4.5%-8 yt 8%-12%应力木和幼龄材 yl 1%-1.5% 在部位上表现为：y边材y心材。,【例1】：已知某种家具零件毛料初含水率为28%时，测得其宽度为66 mm，当干到含水率为15%和8%时，测得其宽度分别为62.8 mm和 61.2 mm,求该零件毛料从初含水率干燥到这两种含水率时的干缩率。【解】： y15= 100%=5.07%y8= 100%=7.8%MC与干缩成线性关系，MC干到15，已发生的干缩可能达50，MC干到8，已发生的干缩可能达75。,干缩系数：纤维饱和点以下吸着水每减少1%的含水率所引起的干缩的数值，用K表示。 【例2】 根据例
36、1中家具零件毛料干燥前后的宽度变化，求该毛料宽度方向的干缩系数。 【解】 K15= 5.07%/13 =0.39%K8= 7.8%/20 =0.39%注：木材干缩系数大小与含水率降幅无关。 生产实践中，需根据干木料尺寸（构件尺寸）确定湿木料尺寸。当W湿30%时，计算公式为：W湿 30%时，计算公式为：注：1. K的选取（弦切板、径切板、普通板）；2 .以上二式也可由湿木料尺寸计算干木料尺寸。,【例3】某厂生产一种柞木家具构件，已知构件干毛料规格为60mm30mm1000mm，含水率为10%。若以厂内现有含水率为28%的大方材锯制，试确定湿毛料尺寸应为多少（厚度和宽度均按弦向干缩系数计，长度干缩
37、忽略）。 【解】：查表可知，柞木弦向干缩系数为=0.318%， W湿= 28%30%， 湿料厚度为： 31.732mm；同理湿料宽度为： 63.463mm。,2.干缩量的简单计算： 根据干缩系数的定义，在理论上可以计算出纤维饱和点以下任意含水率时的干缩数值：yM=K（30M）% 对于断面不大的方材，其年轮近似平行线。它与锯口成角，方材宽度或厚度干缩为：y=y径+（ y弦y径）cos2当 =0时，表现为弦向收缩，当 =90时，表现为径向收缩。,3.木材的干缩与变形 木材的不均匀干缩来自两方面: 一是构造原因(可以缓解) 二是含水率不均匀分布(可以恢复)木材干缩的各向异性： 次生壁各层及纤丝角度
38、木射线的作用 晚材率 细胞的排列,4.自由干缩与不自由干缩自由干缩是一种理想干缩，一般干燥都是不自由干缩。,5.木材含水率与密度的关系 木材的密度： 基本密度：木材的绝干质量与被自由水饱和时的体积之比。j=G干/V湿 绝干密度：绝干材的质量与绝干材体积的比值。0=G干/V干基本密度与绝干密度的关系： 0=100 j/（10030K体） 气干密度：气干材的质量与气干材的体积之比。气=G气/V气 生材密度：生材的质量与生材的体积之比。 生=G生/V生 细胞壁密度：细胞壁质量与实际体积之比（cw）。cw =15001560 kg/m3 孔隙度：C=100（1 0 / cw ）,四、木材的热学与电学性
39、质,1.木材的热学性质 导热系数（）：指在木材单位厚度上的温度降低1时单位时间内通过单位面积的热量，它反应了木材在某一方向上传递热量的能力，单位为W/（cm ）。 导温系数（热扩散系数）：是表示木材在加热或冷却过程中各点温度趋于一致的能力， 越大，在同样的外部温度条件下，物体内的温差越小，单位为m2/s 。 比热（c）：单位质量木材的温度变化1时所吸收或放出的热量，它表示木材吸收热量的能力，单位为kJ/（kg ）。,导热系数、导温系数、密度、比热c间的关系为：（注：这是中国林科院在13.926、W=1016%的条件下对我国33种树种测试的近似计算。）,影响木材导热系数的因子： 热流方向：顺纹大
40、于横纹，径向大于弦向。 密度：导热系数随密度的减小而减小。00.2170十0.0238 V W(mK) 含水率：导热系数随含水率的增加而增大。当W40时：（0.2170.004W）00.0238V 当W40时：（0.2170.0055W）00.0238V 温度：导热系数随温度的升高而增加。,1.1,影响木材导温系数的因子： 热流方向：顺纹大于横纹，径向大于弦向。 密度：导温系数一般随木材密度的增加略有减小。 含水率：导温系数随含水率的增加而降低。导温系数是温度变化快慢的指标， 故木材干时比湿时热得快，也冷得快。 温度：导温系数随温度升高而增加。,木材比热图,木材的比热与树种无关，只决定于温度和
41、含水率。CW=0.28W(1+T/100)0.2,2.木材的电学性质 木材的电学性质表现在两个方面，即导电性与电介性。导电性：是衡量木材在直流或低频电流作用下的导电能力，通常以电阻率r表示，即单位面积单位长度木材所具有的电阻值。注：W WFSP时， r与W成反比，WWFSP时， W 对r的影响很小；r与T和有关， T越高、越大， r越小。 r 横纹 r顺纹 例： r室干横纹=5 r室干顺纹，r气干横纹=2r气干顺纹电介性：木材在交变电场中呈现的电学变化常以介电系数表示，即以木材为电介质时所得的电容量与以同体积、同几何形状真空为电介质时所得电容量之比值。木材的介电系数随树种、含水率、电场频率、纤
42、维方向等改变而变化。 利用木材的电阻、电介特性可以进行木材干燥。,五、木材的弹性(elasticity)与塑性,木材的弹性和塑性 （树种（密度和构造等）、 W、T）， W和T越高，木材弹性越小，塑性越大。 注：木材干燥过程中，中间处理就是通过提高木材的温度和含水率来增强木材的塑性，以释放木材内应力的方法。 WWFSP ，木材的弹性模量E不变；WWFSP ，木材的弹性模量E随W的降低而增加。（吸着水减少，微纤丝距离减小，形成氢键结合较多， 木材弹性增强，塑性减弱。） 注：在单板旋切、薄木刨制、纤维分离等生产中，采用汽蒸或水煮的方法软化木材就是基于这一原理。 木材的弹性与塑性可以相互转化。,作业：
43、P157 3，4 补充： 1 判断湿材、气干材和室干材中，哪些含自由水？哪些含吸着水？ 2 木材含水率为12，如果制成工艺品分别销往北京市、上海市和昆明市，工艺品在使用过程中是否会发生变化？怎样变？ 3 用新采伐的水曲柳原木锯制餐台零件，要求毛料规格为60mm40mm1000mm，终含水率为10，试确定湿毛料尺寸（厚度和宽度干缩系数均按弦向考虑）。 4 分析木材干缩的各向异性的原因(弦径向、纵横向的差异)。,第五讲 木材干燥时的传热、传湿（一） 热转移的基本规律 质转移的基本规律,一、热转移的基本公式 1.转移现象：传热、电流、水的流动等，都在一个物理场中进行。单位时间内转移的物质的量与转移势
44、差成正比，与转移的行程成反比。 2.导热的基本定律：单位时间内在物体内部两等温面间流动的热量，与垂直热流方向的面积F和温度差t成正比，与等温面间的距离x成反比：,3.热流量：单位时间内通过单位面积的热量成为热流量。：表示温度差在热流方向上长度增量趋于零时的极限，称为温度梯度，负号表示热流方向与温度梯度的方向相反。 4.热交换的基本形式：导热、对流、辐射 5.固体与流体之间的热交换形式：导热和对流过程分为两种：稳定热交换和不稳定热交换。,（1）稳定的热交换：温度场不随时间和空间而变化。例如，透过干燥室壳体的散热。由固定温度t1的干燥室介质1通过室壁向固定温度t2的室外空气2传热。 透过室壁的传热
45、是一种稳定的导热，用傅立叶公式计算：室壁内外表面与干燥介质之间的传热为对流换热，用牛顿公式计算：,（2）不稳定的热交换：温度场随时间和空间而变化。例如，木材在气体或液体介质中的加热（或冷却）就是在对流换热边界条件下的不稳定导热现象。 木材加热过程中，木材内任意一点的温度变化是用傅立叶偏微分方程来确定：,二、质转移的基本公式,1.扩散(diffusion)：在两种或两种以上的成分所组成的气体或相融的液体内，由于分子运动引起的成分的连续移动，成为扩散。扩散也是质转移方式之一。干燥时，水分在木材中的扩散包括：水蒸气穿过细胞腔中空气的扩散；吸着水在细胞壁中的扩散。2.气体的扩散流量公式（斐克定律）：式
46、中 i 气体扩散的流量；D 扩散系数，m2/h或cm2/s，与气体的物理性质、混合气体的温度及压力有关 ；扩散气体的浓度梯度。负号说明气体扩散方向与气体浓度（密度）梯度方向相反。 （ 注：空气中气味的扩散同样遵循这一规律。）,3.等温水分转移的基本规律：下面以热转移规律为基础，推导水分转移公式。热流量公式可表示为：我们类似地给出湿转移流量的公式：式中a为导水系数c为比湿0为绝干密度为湿势， 为湿势梯度。比湿：当物体进行湿交换时，单位质量的吸湿体当湿势变化1时物体吸湿或解吸的水分量（湿量）。,类似比热， 比热的表达式为：根据比湿的定义，可以写出表达式：式中，G水/G干就是木材的绝对含水率，上式可
47、写成： 等温水分转移的公式也可写成：等温水分移动根据物体的含水率场是否随时间和空间而变化又分为稳定湿交换和不稳定湿交换。W30%的木材干燥过程属于不稳定湿交换。 不等温水分转移的公式可写成：i =a0 （ + ）详见P173178,4.木材中不同状态水分移动的动力,当W木 WFSP时， 汽态水移动的动力为水蒸汽分压差吸附点之间吸附水的移动以及水分在大毛细管系统中的移动。 液态水移动的动力是毛细管压力差微毛细管间以及从大毛细管到微毛细管的水分移动。 注： 当W木 WFSP时，即自由水存在的状态下， 木材内的蒸汽分压等于饱和压力，毛细管压力不变，不存在水蒸汽分压差和毛细管压力差， 在没有外力作用或
48、不与其他物体接触，木材内水分不能移动。,作业： 熟悉热质转移的基本公式 查阅有关木材水分传导规律的文章 （例：刨花板中的水分及其移动机理浅谈木材中水分的移动规律）,第五讲 木材干燥时的传热、传湿（二） 干燥过程中木材水分蒸发与移动 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,1.干燥过程中木材水分蒸发与移动木材表面的水分蒸发 当W 表 WFSP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W 表 WFSP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；从边界层进入处于紊流状态的空气中。 木材表面水分蒸发的速度决定于两个方面：干燥介质的；层流层的厚度（决定于介质的流动速度、介质的流动方向、蒸发面的温度）。,
