高温处理过程中木材含水状态研究

论文摘要

近年来,随着高温干燥的广泛使用和高温高湿状态下的木材在各个领域的应用越来越多,探讨高温区域内木材的含水状况及其水分吸附机理十分有必要,这对揭示高温湿润状态下木材的物理性质,尤其木材干燥过程中的流变学特性和调湿处理等具有重要的现实意义。本研究利用自行研制的设备,采用直接读数的方法,分别做了高温下马尾松、柳杉和赤桉三种木材的水分吸附实验,温度范围为100℃至140℃,相对湿度范围为10%至100%。研究结果主要包括以下五部分：（1）恰当的水浴系统能够构成高温条件下恒温恒湿工作空间,真空系统能排除包括氮气在内的其他气体的干扰,精确测得木材对水分的吸附。（2）木材在100℃以上和100℃以下的吸附等温线呈现同一趋势,平衡含水率随着温度的升高而降低,随着相对湿度的升高而增大。但是在相对湿度大于95%时,高温下的平衡含水率显著增大,并且随着温度的升高而增大。100℃以上的吸附等温线的类型已经不属于第二类的“S”型曲线,而是转化为第三类的吸附等温线,且三个树种的吸附等温线差别不大,差别主要是由它们的化学成分（纤维素、半纤维素和木质素等）、纤维素结晶度和细胞壁的密度造成的。（3）利用实验结果对BET模型和Haillwood-Horrobin模型进行了检验,两个模型预测值在单层吸附时和实测值非常吻合,而在多层吸附和毛细管凝结时偏离很大,特别是随着温度的升高,偏离更严重。相对来说Haillwood-Horrobin模型比BET模型稍微好一些,但是两个模型都不再适合作为高温下木材水分吸附的模型。（4）根据木材平衡含水率、温度和相对湿度之间的关系,并借助Matlab软件分别建立了马尾松、柳杉和赤桉的数学模型,温度范围为100℃至140℃,相对湿度范围为10%至95%。通过对三个模型的检验得知：模型预测值与实测值的吻合性较好,比BET模型和Haillwood-Horrobin模型都好,且建立的模型对柳杉最合适,赤桉次之,马尾松稍差。通过检验柳杉模型对温度为105℃、115℃、125℃和135℃的平衡含水率预测值与实测值的吻合性也比较好。由此可以通过实验得到每个树种在一定温度和相对湿度下的平衡含水率,然后根据实验数据建立每个树种的数学模型,利用数学模型可以得到每个树种在相应温度和相对湿度下的平衡含水率。（5）利用MATLAB软件可以对实验数据进行插值处理,通过检验得知插值处理的预测值和实测值吻合性较好,所以这种思路和方法是正确的。由此可以通过实验得到每个树种在一定温度和相对湿度下的平衡含水率,然后用MATLAB软件对这些实验数据进行插值处理,最后建立一个数据库,通过数据库可以得到任意一个树种在任意温度和相对湿度下的平衡含水率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 木材和水分
• 1.1.1 木材中水分存在的状态
• 1.1.2 木材的含水率及其测定
• 1.1.3 木材平衡含水率及确定
• 1.2 吸附现象
• 1.2.1 吸附本质
• 1.2.2 吸附平衡和吸附量
• 1.3 木材水分的吸附
• 1.4 木材水分吸附的国内外研究现状
• 1.5 研究的内容
• 1.6 研究的目的和意义
• 2 木材高温区域内的平衡含水率
• 2.1 实验材料及方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验设备及仪器
• 2.1.3 实验方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 实验结果
• 2.2.2 吸附等温线
• 2.2.3 树种对吸附等温线的影响
• 2.3 小结
• 3 木材水分吸附模型
• 3.1 概述
• 3.1.1 Langumuir模型
• 3.1.2 BET模型
• 3.1.3 Haillwood-Horrobin模型
• 3.2 模型检验
• 3.2.1 BET模型
• 3.2.2 Haillwood-Horrobin模型
• 3.3 模型评价
• 3.4 小结
• 4 新模型的建立
• 4.1 马尾松模型
• 4.1.1 建立模型
• 4.1.2 模型评价
• 4.2 柳杉模型
• 4.2.1 建立模型
• 4.2.2 模型评价
• 4.3 赤桉模型
• 4.3.1 建立模型
• 4.3.2 模型评价
• 4.4 模型比较
• 4.5 模型检验
• 4.6 小结
• 5 应用MATLAB软件插值
• 5.1 MATLAB软件简介
• 5.2 插值简介
• 5.3 插值处理
• 5.3.1 马尾松插值
• 5.3.2 柳杉插值
• 5.3.3 赤桉插值
• 5.4 插值结果验证
• 5.5 小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的主要学术成果
• 致谢