高频-热空气双热源干燥过程中锯材热质耦合传递规律及数值模拟的研究

The aims for this project are to investigate the regulation and influencing factors of wood dielectric coefficient, explore the laws and effect of cross-sectional area for hot air circulation channel in high-frequency heat stack, diagnosis the air state of the channel and flux density on electric field strength in wood and high-frequency heat flux, probe the influencing factors and principle of thermal conductivity in different wood grain directions, examine the effect of various matching between high frequency heating and hot-air on heat transfer law of wood in unsteady state, analyze the supernormal characteristics and mechanism of heat transfer for the double heat sources, thereby developing a theoretical model of heat transfer, investigate the drive force for moisture migration, the dynamic permeability and the dynamic diffusivity in the process of drying, analyze the supernormal characteristics and mechanism of mass transfer, thereby develop a theoretical model of moisture migration; establish the mathematical model of coupling heat and mass transfer in wood during double heat sources drying, study the efficient and accurate solution, and test validation, analysis and optimization for the model. The study not only enriches basic theories such as wood drying static theory, wood drying dynamic theory, heat and mass transfer theory and etc., but also provides scientific foundation to understand the variation of temperature and moisture in wood and improve drying processes during hybrid drying with high frequency heating and hot-air. Therefore, this project is valuable both in theory and application.

研究木材介电常数的影响因素及规律，高频加热单元材堆中热空气循环通道横截面积、通道内空气的状态和流量密度对施加于木材上电场强度、高频热通量的影响及其规律，木材沿不同纹理方向导热系数的影响因素及规律，高频-对流双热源不同匹配加热时木材的非稳态传热规律；分析该双热源加热干燥过程中的超常传热特性、机理，建立热传递理论模型；研究干燥过程中木材内部水分迁移的驱动力、动态渗透率、动态扩散率，分析干燥过程中的超常传质特性、机理，建立水分迁移理论模型；建立双热源加热干燥过程中木材的热质耦合传递数学模型，研究模型的高效、精准求解方法，进行模型验证、分析和优化。不仅能丰富木材干燥静力学、干燥运动学、传热传质学等基础理论，而且能为把握高频-热空气联合加热干燥过程中木材内部的温度和含水率变化、改进及完善干燥工艺并使其得以可靠实施提供科学依据，是兼具理论意义和实际价值的研究。

本项目研制了木材高频-对流双热源干燥设备；以樟子松木材为对象，研究了其不同纹理方向热学、介电性能的影响因素及规律，探讨了高频加热单元材堆中热空气循环通道横截面积、通道内空气的状态对施加于试材上电场强度、高频热通量的影响及其规律，在上述研究基础上，研究了高频-对流双热源不同匹配加热时试材的非稳态传热规律，分析了该双热源加热干燥过程中的传热特性、机理，建立了热传递理论模型；研究了干燥过程中试材内部水分迁移的驱动力、动态渗透率、动态扩散率，分析了干燥过程中的传质特性、机理，建立了水分迁移理论模型，进而建立了双热源加热干燥过程中木材的热质耦合传递模型，对模型进行了验证、分析和优化。不仅能丰富木材干燥静力学、干燥运动学、传热传质学等基础理论，而且能为把握高频-热空气联合加热干燥过程中木材内部的温度和含水率变化、改进及完善干燥工艺并使其得以可靠实施提供科学依据，是兼具理论意义和实际价值的研究。.主要研究内容概述如下：.1）研制了木材高频-对流双热源干燥设备。不仅性能满足本研究需要，设计方法还能为产业实用型双热源干燥设备设计制造提供借鉴。.2）研究了樟子松木材不同纹理方向热学、介电性能的影响因素及规律。.3）探讨了高频加热单元材堆中热空气循环通道横截面积、通道内空气的状态对施加于试材上电场强度、高频热通量的影响及其规律。.4）研究了高频-对流双热源不同匹配加热时试材的非稳态传热规律，分析了该双热源加热干燥过程中的传热特性、机理。.5）研究了双热源加热干燥过程中木材内部传热模型及高频加热均匀性的改进。.6）研究了干燥过程中试材内部水分迁移的驱动力、动态渗透率、动态扩散率，分析了干燥过程中的传质特性、机理。.7）分别研究了高频加热过程中木材的传质模型、以及对流加热过程中的传质模型，进而研究了双热源加热干燥过程中木材的热质耦合传递模型。