核桃楸木材的自由干缩特性

木材在干燥过程中因失水而导致干缩,非均匀干缩会产生应力限制木材的自由干缩。以核桃楸为试验对象,研究了5 mm厚(纤维方向)分层试件和未分层(整体)试片的自由干缩特性,并对比研究了受限干燥后木材的分层自由干缩特性。研究结果表明:室温下各层自由干缩系数和绝干干缩率存在显著差异,总体呈现表层向芯层递减的趋势,第1层自由干缩系数(0.254)最大,第7层自由干缩系数(0.165)最小。树皮侧木材的自由干缩系数大于髓心侧。整体自由干缩试件常温干燥过程存在由含水率梯度引起的应力,限制其自由干缩,其弦向干缩率比分层自由干缩试件小0.50%。泡水和汽蒸无法使受限干缩木材的塑性变形完全恢复,利用这种方法测量木材的自由干缩应变不准确。室温下弦向各层自由干缩的干缩率-含水率回归方程的决定系数(R^(2))均高于0.96,利用该方程可以准确计算各含水率点的木材自由干缩应变。

数智化背景下“木材干燥学”课程教学改革的探索

随着数字化、智能化技术的不断发展,以数字技术、信息技术、大数据、人工智能等多种先进技术为驱动力探索教学方法的创新与变革,为新时代高校人才培养和课程教学改革提供了新的思路与契机。“木材干燥学”是木材科学与工程专业的核心必修课程,其知识体系的广度、综合性和应用深度对学生的能力培养至关重要。然而,由于课程教学内容抽象、学生理解难度大、理论知识与实践应用脱节、教学方式单一等问题,导致传统的课程教学效果不理想。为此,以立德树人为根本任务,从“积极转变教学理念、优化人才培养方案;丰富教学手段,构建数智精品课堂;融合数智技术,提升课程教学效果”3个方面不断实践,通过巧妙融合有限元模拟仿真、计算机编程及数据库等前沿数智化技术,构建了一个沉浸式、生动且具有实践导向的数智化课程教学新模式。这一教学实践不仅极大地提升了学生的课堂参与度和沉浸式学习体验,还显著增强了课程内容的生动性和可操作性,加强了理论知识与实践应用之间的紧密联系,提升了课程教学效果。

侧风型木材干燥窑结构参数对流场特性的影响

以侧风木材干燥窑为研究对象,应用计算流体动力学理论对窑内干燥介质的三维流场运动轨迹进行数值建模及流场分析,根据现状方案的模拟结果提出6项不同结构参数优化方案,依照方案评价指标将优化方案与现状方案进行对比评估,分析不同窑体结构参数对流场特性的影响、遴选侧风木材干燥窑内部流场分布均匀性的优化方案。结果表明:当均风口数量为4、左侧壁面倾角为7.125°时,窑内材堆干燥区流场均匀性最佳;优化方案组2 a,比现状方案的速度不均匀系数降低了17.84%、风速差值降低了41.37%。研究结果可为侧风木材干燥窑的结构参数设计及流场优化提供参考。

高温热处理对三种热带阔叶树材颜色和尺寸稳定性的影响

以大果紫檀(Pterocarpus macrocarpus)、奥氏黄檀(Dalbergia oliveri)、光亮杂色豆(Baphia nitida)三种热带阔叶树材为研究对象,在160、180、200℃下对其进行热处理,探究热处理温度对其心材的颜色、尺寸稳定性的影响。结果表明:随着热处理温度的升高,三种木材的质量损失率均逐渐增大,颜色逐渐加深,热处理对光亮杂色豆和大果紫檀的颜色影响更大;三种木材在常温低湿(25℃、30%RH)和高温高湿(40℃、90%RH)条件下的吸湿平衡含水率和湿胀率均持续减小,阻湿率和体积抗胀率增大,尺寸稳定性明显提高。在200℃热处理后,三种木材均表现出明显增加的质量损失率和颜色变化,因此该三种木材较优的热处理工艺为180℃、3 h。

桉木高温热处理传热过程的数值模拟与验证

以一步升温、分段升温两种升温方式对20 mm厚巨尾桉(Eucalyptus grandis×E.urophylla)板材分别进行140、160和180℃的高温热处理,分析升温条件对木材温度变化的影响;并采用数值模拟方法求解桉木高温热处理升温过程的三维传热模型,研究其瞬态传热特性,同时对桉木内部温度分布进行预测。结果表明:在高温热处理升温过程中,较低目标温度以及分段升温方式更有助于缩小木材内部的温度梯度。试验验证了数值模拟结果的准确性(误差小于3.0%),构建的传热模型可用来预测试验条件下任意时刻桉木的中心层温度,为高温热处理工艺的优化提供依据。

提高烘干法检测木材含水率精度的方法

板材常规干燥前通常将其两端锯截的含水率试片利用烘干法估算其含水率,估算值对木材干燥工艺制定及过程控制非常重要。以胡桃楸(Juglans mandshurica Maxim.)木材试件为试验对象,对含水率在试件纵向及横向的分布规律、试片平均含水率的计算公式、试件含水率估算值与实测值的差异进行了讨论。结果表明:①在木材纵向,试片的含水率与锯截位置显著相关,试片间距越大,含水率差异越显著;②各试片的含水率分布规律具有一致性,含水率由髓心沿弦向、径向降低。含水率等高线与试件的年轮走向趋势一致;③以小木块质量作为权重计算的试片平均含水率与算术平均法计算结果仅相差0.1%左右。该方法适合精度要求更高、板材尺寸大、水分分布不均时使用;④试件的含水率估算值比实际值大3%左右,可以使用锋利的切割工具、降低含水率试片的干燥温度以及使用在线装置及时称质量等方法优化试验操作来减小误差。

基于控制容积干缩模型的X射线法测算木材含水率分布

【目的】构建木材控制容积干缩模型,采用X射线法测量木材剖面密度,计算含水率分布,为科研和生产测定木材含水率及其分布提供技术支撑。【方法】将绝干前木材沿厚度方向划分控制容积,引入木材全干干缩率参数并依据木材干缩原理计算绝干后木材控制容积厚度,利用木材剖面密度确定控制容积密度,完整构建求解绝干前木材控制容积含水率计算模型。模型中绝干前木材控制容积含水率、绝干后木材控制容积厚度和密度等变量高度耦合,通过开发迭代算法并在Matlab软件中编制计算程序求解以上变量,该算法以绝干后木材实际厚度为约束条件不断修正木材全干干缩率,有效避免因全干干缩率引入值与真实值偏差带来的计算误差。同时,开展毛白杨木材对流干燥试验,利用本研究方法测算不同干燥阶段木材含水率分布,并与木材实际平均含水率(称重法)以及假设木材厚度方向均匀干缩法测算的含水率分布进行对比分析。【结果】本研究方法测算的木材平均含水率与称重法测量的木材平均含水率非常接近,二者相关系数的平方(R2)在0.9992以上。本研究方法与均匀干缩法相比,在FSP(纤维饱和点)以上时2种方法测算的木材含水率分布一致;在FSP以下时本研究方法测算的木材含水率在试件表层相对较低、芯层相对较高,芯、表层含水率梯度较大。木材分别干燥45、69和134 h时,本研究方法测算的芯、表层木材含水率差分别为22.61%、15.65%和5.58%,均匀干缩法测算的芯、表层含水率差分别为18.06%、11.51%和4.27%,2种方法的绝对偏差分别为4.55%、4.14%和1.34%,差异较明显。相比均匀干缩法,干燥时间为45、69和134 h时,本研究方法测算的木材含水率分布其精度分别提高3.80%、6.00%和4.04%。【结论】本研究构建的控制容积干缩模型充分考虑含水率分布引起的非均匀干缩,可弥补均匀干缩法假设木材均匀干缩的不足,提高木材含水率分布测算精度,为木材含水率分布的动态检测提供一种有效的技术手段。

预蒸处理对辐射松脱脂效果及干燥质量的影响

采用预蒸与常规干燥结合的方式对辐射松(Pinus radiata)锯材进行脱脂和干燥处理,分析预蒸处理对辐射松边材和心材含水率、脱脂率和干燥质量的影响。结果表明:预蒸处理可以缩短心材的干燥时间,对边材的影响不大。由于边材含脂率低、渗透性好,预蒸处理对边材的脱脂率影响不大,预蒸与常规干燥结合以及常规干燥两种工艺处理边材的脱脂率均在60%左右;对于心材,预蒸处理促进松脂迁移,预蒸组的脱脂率大于对照组,但心材初含水率低、渗透性差,导致心材脱脂率低于边材。预蒸组和对照组工艺处理的试材均表现出良好的抗松脂渗出效果,预蒸组表观质量更好。预蒸处理对辐射松边材和心材的干燥质量基本无影响,但需注意防范心材螺旋纹理造成的木材干燥过程中扭曲变形缺陷的发生。

不同温度下榆木方材横截面横纹形变规律研究

为探究榆木方材干燥过程中横纹形变规律,以50 mm厚榆木方材为对象,采用数字图像相关技术(Digital Image Correlation,DIC)实时在线监测不同温度下其横截面横纹全场应变分布;分析不同温度下其弦径向应变规律及差异,并探究含水率分布、应变规律以及开裂间联系。结果表明,3种温度下,榆木方材横截面横纹应变分布呈中间小边缘大的趋势;40℃下弦、径向最大应变为0.0366、0.0336,60℃为0.0452、0.0423,80℃为0.0598、0.0511;随含水率下降,弦、径向应变逐渐增大,分别在含水率约30%(60℃)、40%(80℃)时出现交叉,应变方向出现转变;含水率分布不均导致应变分布差异,开裂出现在应变差异最大时刻后,分别在含水率约15%、30%时出现开裂,温度对榆木方材水分及应变分布影响显著(P<0.05)。

高温热处理杉木力学性能与尺寸稳定性研究

以杉木为试材,采用9组热处理工艺对杉木进行了高温热处理试验。通过对热处理前后杉木力学性能和尺寸稳定性的比较,探讨了热处理温度和处理时间对其性能的影响。结果表明:随热处理温度的升高和时间的延长,试材的抗弯强度(MOR)和抗弯弹性模量(MOE)均呈下降趋势,但热处理温度影响更为显著;热处理对MOR的影响比MOE的要大;顺纹抗压强度随时间的变化规律并不明显,但随温度的升高逐渐降低。杉木热处理后,试材由绝干到气干和绝干到吸水尺寸稳定时2个阶段的径向线湿胀率、弦向线湿胀率、体积湿胀率均低于未处理材的,弦向线湿胀率大于径向线湿胀率;就整体而言,3个指标均随处理温度的升高和时间的延长而减小。抗胀率均为负值,其绝对值随处理温度的升高和时间的延长而增大,尺寸稳定性增强幅度逐渐增大,且受温度的影响较为显著,在210℃下降得最明显。

木材过热蒸汽干燥过程中的收缩应力(Ⅰ)——径向收缩应力特征

试验研究了日本柳杉在 12 0～ 180℃高温高压过热蒸汽条件下 ,干燥过程中所伴随的收缩应力的发生发展特征 ,以及温度和相对湿度对径向收缩应力的影响。试验采用夹具束缚试件在干燥过程中的收缩变形 ,利用应力传感器连续测定饱水试件在高温高压过热蒸汽条件下 ,从试件达到环境平衡条件开始直到全干状态或明显开裂为止的径向收缩应力。对温度 80～ 180℃ ,相对湿度 0～ 80 %干燥条件下收缩应力的研究结果表明 ,温度 14 0℃、相对湿度 6 0 %以上的条件下 ,收缩应力得到有效抑制。在温度 14 0℃以上的条件下 ,即使相对湿度达到 10 0 %仍然存在收缩应力 ,此收缩应力的发生与木材细胞壁组成的结构变化有关。

微波真空干燥过程中木材内的水分迁移机理

该文以马尾松木材为研究对象,对微波真空干燥过程中木材内部的含水率分布进行了研究,首次阐述了微波真空干燥过程中木材内部的水分迁移机理.研究结果表明:在微波真空干燥过程中,木材内部的含水率分布比较均匀,在厚度方向没有明显的整体性含水率梯度,特别是在干燥的后期,木材内部的含水率分布更加均匀;当含水率在纤维饱和点(FSP)以上时,木材中的自由水和水蒸气在压力梯度的作用下以渗透流的形式在木材内部迁移;当含水率在FSP以下时,木材中的水分在压力梯度的作用下以水蒸气的形式向木材表面迁移;因热扩散、含水率梯度引起的水分迁移可以忽略不计.

汽蒸处理对木材渗透性的影响

试样（２×２×５ｃｍ）在温度１２０℃和１００℃两种饱和水蒸汽条件下分别汽蒸处理８小时，然后置于大气中干燥至含水率为１０％左右时，采用水上升置换气流法进行渗透性测定。汽蒸试样的渗透性分别与其纵向相邻接的未汽蒸、含水率约１０％的对照比较，并进行成对比较分析ｔ检验。试验结果表明，各树种的木材性质不同，汽蒸作用引起木材解剖上、化学上的变化也不同，因而汽蒸处理对木材渗透性的影响各异。红松气干边材、心材经１２０℃和１００℃汽蒸处理后渗透性分别较未汽蒸者提高约６０、９０％和４０、１３０％；长白鱼鳞云杉生材边材经１２０℃汽蒸后和气干心材经１００℃汽蒸后渗透性分别较未汽蒸者约提高３２６和８０％；成对比较分析ｔ检验，汽蒸试样与未汽蒸试样渗透性之间差异可靠性为９０－９９．９％；汽蒸试样渗透性获得提高的原因均系汽蒸后纹孔膜和纹孔塞发生开裂的结果。但汽蒸长白鱼鳞云杉生材心材、气干边材和心材及臭冷杉生材心材、气干边材和心材的渗透性则未获得提高。

高温热处理木材工艺的初步研究

以我国杉木木材为试验材料,采用自制小型热处理木材试验装置进行了高温热处理木材工艺试验。结果表明,下述工艺切实可行:待处理木材的含水率应控制在15%以内;在温度升高与高温干燥阶段,迅速升温至100℃,再缓慢升温到130℃干燥到绝干,再迅速升温到热处理目标温度,目标温度一般应控制在180～220℃范围内;保温处理时间根据需要确定,一般为2-4h;在处理过程中应适当喷蒸。处理终了时,降温到80℃,调整含水率到4%-8%,出窑。热处理后的木材具有高尺寸稳定性,可广泛应用于室外建筑、室内装修。

木材干燥过程的热质迁移及其耦合关系

应用不可逆过程热力学研究木材干燥过程热质迁移及其耦合效应。根据不可逆过程的熵的产生率推导出含有耦合效应的传热传质关系式 ,提出湿度梯度不仅引起水分物质流 ,也引起热流 ,以及驱动水分物质流的力应是扩散势梯度。

巨尾桉干燥特性研究

研究巨尾桉木材的干燥特性并制定干燥基准,为实际生产中制定合理的干燥工艺提供理论依据。采用百度试验法,在（100±2）℃恒温干燥条件下对巨尾桉试件进行干燥试验,根据干燥过程中巨尾桉试件的初期开裂、内裂、截面收缩等干燥缺陷制定出巨尾桉木材的干燥基准。巨尾桉试件的初期开裂、内部裂纹、截面变形、扭曲变形和干燥速度分别为1级、2级、3级、2级和2级;体积干缩率为19.04%,弦向干缩率为9.60%,径向干缩率为6.65%,纵向干缩率为0.33%。巨尾桉的干燥初期温度为60℃,干燥初期干湿球温度差为3~5℃,干燥终期温度为75℃。厚度为25 mm的巨尾桉板材在强制循环干燥窑内干燥至10%所需的时间为10（8）天（括号内为硬基准条件下的干燥时间）。巨尾桉试件主要缺陷是内裂和截面变形,在实际生产过程中要尽量使用软基准,干燥中、后期适时进行调湿处理。

微波真空干燥过程中木材内部的温度分布

该文以马尾松木材为研究对象,对微波真空干燥过程中木材内部的温度分布进行了研究.结果表明在一定的辐射功率(160kW/m^3)和厚度(60mm)范围内,木材内的温度分布比较均匀,基本不呈现出整体性的温度梯度;在干燥的后期,木材内温度分布的局部不均匀性有加大的趋势;在微波真空干燥过程中,木材内部的温度差是由于微波场和湿木材本身不同部位介电特性的差异引起的,这种不均匀性以局部的形式存在于木材中.

太阳能与双热源热泵组合干燥落叶松

为进一步降低木材干燥过程的能耗,合理利用太阳能,对北京林业大学研制的太阳能与双热源热泵联合干燥系统的主要参数、原理、结构,进行了说明和系统性能测试。设备在空气源热泵模式下平均供热系数P为2.48,水源热泵模式供热系数P为3.77。使用该系统对落叶松进行初步干燥实验,与常规蒸气干燥做对比,结果显示,热泵干燥和联合干燥与常规蒸气干燥相比分别节能67.8%和70.32%,两者均有明显节能效果。

大果紫檀等3种红木薄板的高频真空干燥

高频真空联合干燥具有高频快速加热及真空下水的沸点降低的双重优势,能够实现木材低温快速干燥,在大尺寸及名贵木材的干燥领域具有明显的优势。红木家具及工艺制品具有很高的经济和文化价值,但常规干燥由于温度高、周期长,容易导致红木变色、变脆及开裂等缺陷,严重影响了红木制品的质量。笔者在相同温度条件下对3种红木薄板进行高频真空干燥和常规干燥,对比分析了干燥后红木薄板的含水率分布、开裂、变色及干燥速度。试验结果表明:经过高频真空干燥的红木质量能达到国标二级,平均含水率达到家具及木制品生产工艺要求,颜色变化小,干燥速度快,尤其在高含水率范围内干燥速度更快。高频真空干燥能够提高红木薄板的干燥速度、干燥质量和效率,是红木材料干燥的优良方法。

硼酸-硼砂及甜菜碱处理定向刨花板的协效阻燃性能

以速生杨木为原料、酚醛树脂为胶黏剂、硼酸-硼砂为阻燃剂、十二烷基二甲基甜菜碱为助剂,制备杨木定向刨花板(OSB);并利用锥形量热仪研究硼酸-硼砂添加量为12%时,十二烷基二甲基甜菜碱的添加量(0.6%、1.2%和1.8%)对OSB阻燃性能的协效作用。结果表明:1)十二烷基二甲基甜菜碱添加量为1.2%时与硼酸-硼砂的协效作用最好,OSB阻燃性能最优,该OSB与空白试件相比,引燃时间延长,残余物质质量分数提高,平均释热速率、释热总量、平均质量损失率、发烟总量和平均比消光面积等均有不同程度降低,其中抑烟效果最为显著,同时具有促进成炭的作用。2)硼酸-硼砂与十二烷基二甲基甜菜碱之间存在显著的协效阻燃作用,能够有效改善OSB的阻燃性能。