热压干燥中高含水率杨木锯材内水分状态及迁移机制
[目的]检测热压干燥中含水率高于纤维饱和点(FSP)的杨木锯材内温度和压力,分析热压板温度对锯材内不同位置温度和压力的影响,探究锯材表层和心层水分状态和变化规律,阐释高含水率杨木锯材内水分迁移机制,为揭示木材热压干燥机制和干燥过程的精准控制提供理论依据.[方法]在热压板温度为120、130和140℃条件下,对400 mm(L) ×120 mm(T) ×25 mm(R)杨木锯材(含水率40％ ～ 60％)进行热压干燥,采用温度-压力集成传感器在线检测锯材表层和心层温度和压力,并依据热力学原理中饱和压力与饱和温度的关系分析锯材内水分状态.[结果]1)热压干燥中杨木锯材表层和心层温度和压力峰值随热压板温度升高而增大,当热压板温度从120℃升至140℃时,锯材表层温度和压力峰值分别从115.4℃、209.3 kPa增至133.0℃、314.5 kPa,心层温度和压力峰值分别从109.4℃、235.5 kPa增至126.4℃、336.9 kPa,但表层和心层温度达到峰值的时间滞后于压力峰值.2)杨木锯材表层水分状态分析表明,在热压板温度为120℃条件下,表层水分处于未饱和水状态,干燥后表层含水率高于FSP可提供佐证;在热压板温度为130和140℃条件下,表层测点位置的自由水转变为水蒸气,随干燥时间增加,由饱和蒸汽状态逐渐转变为过热蒸汽状态,干燥后表层含水率低于FSP证实推测正确.杨木锯材心层水分状态分析表明,虽然含水率高于FSP的锯材内温度高于大气压下水的沸点温度,但由于心层压力较高,水分处于未饱和水状态;在热压板温度为120、130和140℃条件下,干燥后心层含水率均在50％以上,显著高于FSP,证明液态水状态的推测.3)热压板打开期间杨木锯材内水分状态分析表明,热压板打开瞬间锯材表面和内部压力急剧下降,锯材中部分液态水发生闪蒸转变为水蒸气,锯材内水蒸气从表面快速迁出引起锯材含水率降低.[结论]热压板闭合阶段,锯材表面与蒸发面之间的液态水吸热汽化产生的蒸汽压力导致锯材内部压力高于大气压,沿厚度方向从锯材表面到中心的水分状态依次为过热蒸汽(表面)、饱和蒸汽(蒸发面)和液态水(中心);热压板打开阶段,锯材内水分在蒸汽压梯度驱使下从锯材表面释出,并使锯材含水率降低,是热压干燥中高含水率锯材内水分迁移的主要方式.
热压干燥、热板温度、杨木锯材、水分状态、温度、压力
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S781.71(森林采运与利用)
国家自然科学基金重大项目;林业公益性行业科研专项
2020-11-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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