木材导热系数实验与模拟方法的研究进展

精准评定木材的导热系数对木材干燥、热处理等工艺优化及模型构建意义重大。近年国内外学者主要通过实验法与模拟法两方面解析木材的导热行为。本文在综括木材导热系数的实验法与模拟法的基本原理、特点及应用研究现状基础上,从检测方法的规范性、模型构建的合理性两方面,分析不同检测方法的科学性、精确性及实用性,旨在为木材导热系数的精确测算提供借鉴与参考。

木材热解特性和动力学研究

选取杉木、花梨木和水曲柳为样品 ,对其在不同升温速率下进行了 TG、DTG和 DSC分析。将木材的热解过程分为四个阶段 ,分析了每个阶段的化学物理变化以及热效应的变化 ,研究了不同升温速率对热解过程的影响 ,并建立试样的热解模型 ,求出了其动力学参数 ,有助于着火机理、火蔓延机理、阻燃机理的研究。

木材横纹导热系数一种新的表达式的推导及与实测值比较

将木材的生物细胞结构作为一级近似简化为一个中空的细长方匣子模型。根据类比推理原理,把木材的导热与导电类比,从中推导出木材横纹导热系数的理论表达式,进而应用数学分析方法从该理论表达式中提示出木材横纹导热系数是木材孔隙率的减函数;对含水率相同的木材,密度大者,导热系数大;以及同一种木材,导热系数随其含水率增大而增大的规律。最后以27种木材的试验数据对导热系数理论表达式及得出的所有结论进行验证。

桉树真空热处理材表面性能分析

用真空热处理法对粗皮桉木材进行热处理,处理温度分别为160,180,200,220及240℃,处理时间均为4h。采用接触角测定法,对素材及不同温度条件下热处理材的接触角及表面自由能进行分析;用傅里叶红外光谱分析法,研究木材在热处理过程中的化学(官能团)变化;用热分析仪分析不同温度条件下木材的热解质量损失率。结果表明:素材的表面自由能(50mN·m-1)<160℃热处理材的表面自由能(46mN·m-1)<240℃热处理材的表面自由能(32mN·m-1),热处理后木材中极性的羰基官能团减少,当热处理温度≤180℃时,木材的质量损失率在1%左右;而热处理温度>180℃时,每升高20℃,木材的质量损失率约下降2倍。

木材热导率内在规律的理论研究

依据导热与导电宏观规律的相似性,应用类比推导出木材径向热导率是孔隙率函数的数学表达式 孔隙率越大,热导率越小 这一结论无论与机理分析、或是与实验验证都是一致的 应用该表达式计算出20种木材径向热导率,理论值最大误差不超过12%。

干燥过程中超低密度植物纤维材料的尺寸稳定性

因具有"桁架"网状结构的超低密度植物纤维材料在干燥过程中外形尺寸会产生改变,该文研究了干燥温度和应用模具对尺寸稳定性的影响。结果表明:干燥温度低于100℃时,尺寸收缩率与温度之间呈正相关,最大收缩率可超过5%;干燥温度超过100℃时,材料内部出现分层现象。材料置于模具中进行干燥可以消除水平方向的收缩,但高度方向的收缩率大于无模具干燥下的收缩率。

多层复合实木地板的热传导性能和尺寸稳定性

通过地热试验,分析了地板采暖的性能特性。结果表明:多层实木复合地板热传导的性能优良,储热与热辐射效果俱佳;采暖地板系统的地板表面温度分布比较均匀,垂直方向温度梯度较小,呈负梯度分布,散热均匀;采暖地板系统中,辐射热占总传热量的50%左右,较其他热传导的贡献要大;地板的尺寸稳定性较好;多层实木复合地板是优良的地热采暖材料。

热空气干燥法对ACQ-D在木材内固着的加速作用

为了弄清楚热空气干燥法对加速ACQ-D(胺溶季铵铜-D型)在木材内固着的加速作用,该研究采用浓度为1%的ACQ-D溶液对杉木试材进行真空浸注处理,在室温下预固着48h后,分别对试材进行了不同的后处理,其中包括气干不包膜、气干包膜、热空气干燥不包膜、热空气干燥包膜.热空气干燥的温度为50℃,处理时间分别为2、6、12和24h;气干处理的时间分别为1、2、4和8d.后处理结束后进行抗流失性试验,然后测定试材中残留的铜含量,在此基础上计算ACQ-D处理杉木中铜的流失率.研究结果表明①气干处理和热空气干燥处理对ACQ-D防腐剂在木材中的固着都有一定的积极作用,而且随着处理时间的增加固着效果都有所提高;②热空气干燥处理在固着方面的作用要优于气干处理,所需时间短而且固着效果好,在本试验条件下处理6h以上抗流失效果较好;③包膜与不包膜两种方法应用于气干处理和热空气干燥处理中的效果有所不同,气干包膜的抗流失效果比气干不包膜的要好,而热空气包膜却比热空气不包膜的要差很多,这可能是因为使用的塑料薄膜阻碍了热量传导,使木材内的温度偏低,不利于铜在木材中的固着.

通风条件对ACQ-D处理杉木中铜固着的加速作用

为了研究在不同相对湿度的热空气后处理过程中,通风条件对胺溶铜季铵盐-D型(ACQ-D)处理杉木中有效成分铜固着的影响,该实验在30%、50%、80%3个相对湿度条件下,将ACQ-D处理过的杉木置于通风和不通风条件下分别进行热空气处理,然后按照AWPA E11-97流失实验标准进行铜的抗水流失实验,实验结束后,利用原子吸收分光光度计测定试材中残留的铜含量,并计算ACQ-D处理杉木中铜的流失率。结果表明:①通风条件对铜在木材中的抗流失性影响显著,除相对湿度30%、处理时间为4 h组试件外,通风组试件中铜的流失率均较不通风组有明显降低;②热空气后处理过程中较高的相对湿度,有利于加速通风条件下ACQ-D处理杉木中铜的固着速率,可迅速提高铜的抗流失性,但对不通风组试件影响不大。

马尾松木质素快速热解及产物分析

以针叶材马尾松木质素(Pinus massoniana)为快速热解的原料,采用热解-气相色谱-质谱联用(PyGC-MS)技术,分别对磨木木素(MWL)、碱木素(AL)以及酸不溶木素(Klason木素)三种不同种类的木质素及磨木木素在不同热裂解温度下进行了热裂解实验,分析了不同条件下热裂解产物中主要酚类组分相对含量的变化。结果显示,裂解温度为500℃时,马尾松不同类型木质素热裂解产物存在较大差异,磨木木素、碱木素和酸不溶木素裂解产物中总酚相对含量分别为62.3%、44.86%和16.25%,结果说明磨木木素最易裂解,碱木素次之,酸不溶木素最难裂解。热裂解温度从400℃升高到500℃再升高到600℃的过程中,磨木木素裂解产物中总酚相对含量仅从59.78%升高到62.31%再升高到65.72%,主要酚类组分为愈创木酚及其衍生物,各酚类组分相对含量随温度升高呈现出不同的变化趋势。

三倍体毛白杨无性系木材热学性质变异初探

该文对三倍体毛白杨无性系木材的热学性质进行了研究 ,结果表明热学性质在无性系间存在显著差异 .比热系数、导热系数和导温系数的无性系重复力分别为 0 5 9,0 77和 0 6 2 ,表明三倍体毛白杨无性系木材的热学性质受到较强的遗传控制 .热学性质与木材密度呈正相关 ,导热系数与木材密度达到极显著相关 ,木材密度与导热系数、导温系数和比热系数的相关系数分别为 0 810 0 ,0 5 778和 0 0 938.

木材热物理参数理论表达式的推导及其计算值与实测值比较

利用木材热物理参数3个理论表达式分别计算28种木材的比热容、导热系数和导温系数,并分别与同条件下的实测值相比较.结果表明:28种木材理论计算的平均误差分别为2.6%、5.7%、6.7%;最大误差分别为8.0%、12.8%、12.5%.木材热物理常数3个理论表达式都不是通常依据试验数据拟合成的经验方程式,而是依据统计力学和物理学原理,经过数学推导得到的理论表达式,使之学术上具有内在的理论意义.

木材径向导温系数数学模型

将木材的细胞结构简化为一个中空的细长圆柱形模型,应用统计热力学原理和类比推理方法推导木材径向导温系数的表达式.利用该表达式计算23种木材的径向导温系数,并与相同条件下的试验数值进行比较,得到的最大理论误差为14%,平均误差为5.9%.

土坡稳定分析的改进条分法

圆弧条分法是土坡稳定分析常用方法之一,但该方法假定各土条稳定性相等且与整个土坡相等,这种假定存在一定的不合理性,属于不严密的刚体极限平衡法。以简单土坡为研究模型,将圆弧条分法加以改进:假定土条间传递水平内力,考虑土条稳定性不等时,研究各土条间的传力规律,提出土坡稳定状态的判别条件,分析并推导出土坡稳定情况下,计算条间力大小的理论公式;并按照分合性原则和滑动系数的重量加权平均原则,推导了由土条稳定系数计算土坡稳定系数的理论公式。

类比法研究木材径向导热系数

根据木材的细胞结构,应用类比推理方法,推导木材的径向导热系数的数学表达式,从中得出木材径向导热系数仅是木材孔隙率函数的结论.孔隙率越大,导热系数越小,并应用该表达式计算20种木材的径向导热系数,理论值的最大误差不超过14%,平均误差在5%以内.

用CONE法研究竹材的阻燃性能

以毛竹为对象,利用锥形量热仪,在5 0kW·m- 2 的热辐射功率下,对毛竹去除竹青保留竹黄(去青)、去除竹黄保留竹青(去黄)以及竹杆上、中、下(保留竹青竹黄)不同部位的竹材进行了燃烧性能的测定,分析了它们的燃烧性。结果表明,点燃时间、第二释热峰出现的时间及峰值、质量损失速率与竹材两表面的去与不去有极显著线性相关关系;竹杆部位与点燃时间有极显著性,与质量损失速率(峰值)有显著相关,与第二释热峰出现的时间及峰值分别为无显著相关及有一定相关;比消光面积与竹材两表面的去与不去及竹杆部位无显著相关。

以杉木纵横交错层积材为基材的地热地板研制

以人工林杉木纵横交错排层积材为基材,采用网状导电节点连接与热熔胶(PUR)胶合制备地热地板,测定其导热效能、通电后温度变化、连续通电后的耐热干缩率以及耐湿膨胀率,并与杉木纵横交错层积材、径切板、弦切板进行比较。结果表明:地热地板通电1 h后板面平均温度达到29.8℃,连续通电72 h的耐热干缩率和80%湿度处理的耐湿膨胀率均可满足木质地板采暖国家标准的相关要求。杉木板材的纵横交错层积排列有效地提高了耐热干缩率和耐湿膨胀率,完全可以用作地热地板的基材,为低等级杉木在地热地板中的应用及高附加值产品开发提供了理论依据。

木材热解特性研究

本文利用热分析法对木材的热稳定性进行了研究 ,考察了外加剂对木材热分解的影响 。

木材弦向导热系数的理论表达式

分析木材细胞结构形态,以长匣子形作为木材细胞模型,根据材料导热与导电规律的相似性,应用类比推理方法,从欧姆电阻定律推出材料导热的热阻公式;依据该细胞模型和热阻公式推导木材弦向导热系数的理论表达式,从而揭示木材弦向导热系数是木材孔隙率的函数。孔隙率越大的木材,导热系数越小,并实际计算了24种木材的弦向导热系数,与试验值比较,理论值的最大误差12.6%,平均误差小于6.4%。

装饰面板及地板结构对实木复合地板导热性能的影响

通过对4种树种的面板和3种不同结构的实木复合地板的导热性能进行温升变化测试分析,测量地板的温度变化,探讨不同的装饰面板及地板结构对不同实木复合地板导热性的影响,旨为改善地热地板导热性能提供技术支持。研究结果表明:装饰面板的种类对实木复合地板的导热性能有明显影响,以黑胡桃作为装饰面板的实木复合导热性能最好,桦木次之,槭木导热性能最差,这主要是由于密度越大的装饰面板,导热性能越好,传热越快,热量损失也越少;地板结构对导热性能也有影响,面板为锯切薄板的三层实木复合地板的导热性能较好,多层实木复合地板的导热性能较差。因此,作为地热地板使用的实木复合地板,其装饰面板应该选择较大密度材种,且为锯切薄板为佳。