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。

降雨入渗条件下土质边坡含水率分布与浅层稳定性研究

设计一种可以测量土体体积含水率的降雨入渗试验模型,通过试验得到土体初始含水率分布状态以及降雨入渗条件下土体含水率变化规律。在此基础之上,结合非饱和土抗剪强度理论与极限平衡理论,得到降雨入渗条件下土质边坡浅层稳定性计算方法。对杭新景高速公路七里连接线工程沿线土质边坡稳定性进行分析,具体结论如下:可采用含水率分布参数A、修正系数λ、μ表征的反比例函数表示自然状态下土体的初始含水率分布规律。含水率分布参数对边坡稳定性影响表现为随着A值的增大,边坡初始稳定性逐渐下降,边坡受降雨影响的敏感程度也随之下降。降雨强度相同时,初始表面含水率越大引起边坡失稳所需的降雨时间越短;降雨时间相同时,初始表面含水率越大引起边坡失稳所需的降雨强度越小。在相同地下水位条件下,边坡降雨强度与导致边坡失稳所需的降雨时间成反比。

基于容积密度计算的X射线法测定木材含水率分布

针对X射线法计算木材含水率的算法进行理论推导及试验研究。首先,介绍X射线法测量木材密度的基本原理;其次,引入多孔材料容积密度的概念,量化分析木材各相(细胞壁物质与水)在体积变化情况下的容积密度,推导出以纤维饱和点为分界线的含水率计算公式;最后,以杉木为试验材料,利用X射线剖面密度仪测量干燥过程中试样密度的经时变化数据。基于这些密度数据,分别采用Cai计算方法与容积密度计算方法计算木材干燥过程中的含水率分布;同时,以传统切片法测量的含水率分布为对照组,将三者之间得到的含水率分布进行比较。结果表明:在整个含水率范围内,容积密度计算方法计算的含水率与切片法测得的含水率之间无显著性差异;当含水率在纤维饱和点以上时,Cai计算方法计算的含水率与切片法测得的含水率之间有显著性差异,当含水率低于纤维饱和点时,二者之间无显著性差异。试验证明,采用容积密度计算方法得到的含水率更为合理,为运用X射线法测量干燥过程中木材内部的含水率分布提供了一个更为精确的计算方法。

多孔介质体干燥过程中含水率分布的可视化研究

工业中应用广泛的食品干燥等干燥现象,多是含水多孔介质体的干燥。本文利用可视化实验,研究了含水多孔介质体的干燥现象。并利用实验拍摄的数字图像进行分析和含水率计算,提出干燥过程中含水率分布图像化的方法,并讨论了将此图像化方法应用于含水多孔介质体干燥的可行性。

离子型稀土原地浸矿注液孔周含水率分布的计算模型

考虑注液孔内积水产生的压力水头在土体中的传递,建立了积水条件下的一维垂直入渗的基本方程;将实测的饱和导水率等效为孔底一维入渗的饱和导水率,采用积水条件一维垂直入渗的基本方程计算注液孔孔底中心垂向的含水率分布;假设入渗过程中形成的湿润锋簇上的含水率增量相等,根据累积注液量等于湿润体内的水分增加量,确定湿润锋簇中各湿润锋的位置,结合注液孔孔底中心垂向的含水率分布,确定湿润体内含水率分布。在龙南足洞某稀土矿山选择一场地较平整的矿块进行单孔注液试验,在注液孔周布置4个测点,采用FDS-100水分传感器记录测点位置在入渗过程中不同时刻的含水率,与模型的计算值进行比较,结果发现,4个测点的实测值与计算值相关系数基本在0.900以上,模型的计算误差均在10%以下,满足工程误差要求,说明此方法能较为准确的计算出注液孔内水分入渗过程及湿润体内含水率分布。

X射线扫描法和切片法测量干燥过程中杉木含水率分布的比较研究

以杉木Cunninghamia lanceolata人工林木材为研究对象,分别采用X射线扫描法和切片法研究了常规干燥过程中木材内含水率分布规律,以期检验X射线扫描法的测量精度,探讨采用X射线法动态检测干燥过程中木材内含水率分布的可行性。结果表明:在各个干燥阶段,X射线扫描法测得的厚度方向各层含水率测量值与用切片法得到的含水率测量值之间无显著差异(P>0.05),且两者之间相关的决定系数在0.90以上;在整个干燥阶段,切片法测量的每层含水率值大多低于利用X射线扫描法的测量值,在含水率较高阶段(55%,46%,34%),两者之间的差值大于含水率较低阶段(26%,20%,12%,8%)。由此可见,采用X射线扫描法测量干燥过程中木材内含水率分布是切实可行的。

排水过程三轴试样含水率分布演化规律研究

三轴试验过程中试样含水率分布实时测试对吸力平衡判断、剪切速率确定和湿化变形等研究具有重要意义。通过扩展范德堡电阻率测试理论(vdP),提出了柱状土体含水率测试理论;在此基础上,研发一种厚度仅为0.1mm的柔性印刷电极及配套的范德堡法集成测试装置。通过设计围压与温度敏感性因素试验,验证装置兼容性和可靠性。最后开展了恒压状态下的三轴干湿循环试验,并对试验过程中试样分层电阻率进行监测。试验结果表明,本套试验装置需要至少120k Pa静围压预压,以保证电极与试样完全贴合;同时试验全程静围压不低于20k Pa以保持电极紧密贴合。温度对电阻率测试精度具有一定的影响,Campbell模型可以有效修正温度带来的测试误差。浸水过程中,试样电阻率从下至上依次降低;排水过程中,试样电阻率由顶到底逐渐降低;最后提出了脱湿过程的试样分层含水率计算方法并且分析了含水率分布演化规律。

含水率非均匀分布木材在热板加热下温度分布的变化规律

热作用下温度分布和含水率分布的变化规律,是实木层状压缩形成机制研究的基础。以初含水率处于非均匀分布状态下的毛白杨木材为对象,研究在180℃热板夹持加热过程中的温度分布变化规律,为揭示层状压缩形成机制提供科学依据。结果表明:初始含水率表层高、内部低的木材,在热板夹持加热过程中,厚度方向上始终存在一个明显的升温速率峰值。随着加热时间的延长,升温速率峰值和高含水率层逐渐向中心移动;高含水率区域内木材,温度较玻璃化转变温度高6.11~47.58℃,处于层状软化状态,是层状压缩形成的重要原因之一;采用多元线性回归分析方法建立的木材厚度方向温度预测多变量函数模型,决定系数为0.985,预测木材内部温度的标准误差为3.21℃,能够用于木材内部温度分布的预测。

微波干燥与常规干燥中木材内含水率动态分布

以黑胡桃木材为对象,采用X射线扫描含水率分布测试方法,分析、比较了微波干燥与常规热风干燥过程中木材内部含水率动态分布规律.结果表明:在微波干燥和常规热风干燥过程中,木材内层含水率均高于表层,存在着整体性的内高外低的含水率梯度场;在整个微波干燥过程中,木材内部虽然出现了部分内层含水率低于外层的情况,存在着含水率分布的局部不均匀,但并未出现与常规热风干燥相反的含水率梯度;在微波干燥中,木材内部各层与表层含水率的差值随着干燥时间的延长逐渐降低.随着干燥过程的进行,常规热风干燥中木材芯层与表层含水率差呈现出先增加后减小的变化趋势.

间歇微波干燥过程中木材内含水率动态分布规律

为研究微波干燥过程中木材内部的含水率动态分布规律,以红橡和南方松木材为研究对象,采用无损检测的X射线扫描方法,揭示间歇微波干燥过程中木材内部含水率分布的动态变化规律。结果表明:微波干燥的绝大部分时间内,木材厚度方向存在着整体性内高外低的含水率梯度场;随着干燥过程的进行,木材内部水分更趋均匀,当木材平均含水率在10%以下时,木材内水分分布非常均匀;在整个微波干燥过程中,木材内部虽然发现了部分内层含水率低于外层的情况,但并未出现与常规干燥相反的含水率梯度。

基于有限元方法的木材含水率和密度空间分布模型

针对木材特点,用控制体积有限元方法对板材模型进行网格划分,采用有限元方法将数学方程离散化,建立了木材含水率和密度空间分布的数学模型。根据数学模型建立了木材含水率和密度空间分布的三维仿真图,验证了模型的准确性。

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。

干燥过程中木材内部含水率检测的X射线扫描方法

以红橡和黑胡桃木材为研究对象,采用X射线扫描方法测量常规热风干燥过程中木材厚度方向含水率分布和平均含水率的可行性。结果表明:采用X射线扫描无损检测方法可以实现干燥过程中同一木材试件含水率分布和平均含水率的动态检测;与称重法含水率测量值相比,在8%～68%的较宽含水率范围内,不论是在高含水率阶段还是在低含水率阶段,采用X射线扫描法测量木材含水率时,都具有较高的测量精度,测量值偏差最大不超过3%;在热风干燥过程中,所有试件含水率的称重法测定值与X射线扫描法测定值之间相关系数的平方都在0.97以上;X射线扫描方法具有扫描速度快、设备费用较低、测量精度高的特点,为木材含水率的动态检测提供了一种很好的技术手段。

含水率对混凝土弹性简支梁受力特性影响分析

含水率对混凝土力学性能有较大的影响,目前对混凝土含水率的研究主要集中在对混凝土材料的物理试验上,对混凝土构件的理论研究鲜有报道。假定混凝土梁中含水率沿截面高度的变化规律,得到均布荷载作用下梁中应力及挠度的显示表达式,并结合算例给出不同含水率分布情况下混凝土简支梁典型断面应力及挠度分布规律,探讨含水率变化对梁受力特性的影响规律,为服役在水位变幅工况下的混凝土结构的安全度评价提供理论依据。

水肥耦合对垄作沟灌小麦-玉米土壤水氮分布及产量的影响

水、氮含量不仅影响作物水肥利用效率、品质和产量,而且过量灌水和施肥会导致农业面源污染。垄作沟灌作为一种新型节水节肥的种植方式,亟需为其高产提供合理的水肥使用制度。因此,本研究主要针对冬小麦-夏玉米连作情况开展不同水肥处理条件下土壤水、氮分布及产量试验分析,试验结合当地农民施肥量习惯制定3个施氮水平(120kg·hm^(-2)、220kg·hm^(-2)和320kg·hm^(-2))并设置3个灌水方案(水分下限为60%θ_(f)、70%θ_(f)、80%θ_(f),θ_(f)为土壤田间持水率),建立2个影响因素9种处理的水肥处理方案,其中小麦、玉米种子分别选用“济麦22”和“DHA757”。试验结果表明:随施氮量水平的增加,能明显提升小麦-玉米0~120cm土层中硝态氮、铵态氮含量,其中0~60cm土层中硝态氮和0~20cm铵态氮含量提升较其他土层提升明显,而对小麦-玉米各生育期0~60cm含水率具有一定程度上的制约作用;水分控制下限的变动对小麦-玉米生长周期内的水分和氮素分布有显著影响,随土壤水分控制下限提高生育期内0~120cm土层含水率均得到一定程度上的提高,其中分布影响主要集中在0~60cm土层;随水分控制下限的增加,小麦-玉米生育期内的灌水次数都增加了几次,但小麦-玉米全生育期内均未发生严重的硝态氮深层渗漏现象。经过一轮小麦-玉米轮作试验表明,在水肥互向作用的影响下,水分控制下限80%θ_(f)和施氮量220kg·hm^(-2)小麦、玉米产量最佳,分别为7328.79kg·hm^(-2)、12723.243kg·hm^(-2)。

基于低温干化试验的污泥热质传递数值模拟

干化处理是促进污泥减量的有效手段,低温干化技术以耗能低、污染小的优势在污泥处理领域中备受关注。文中通过试验探究了污泥干化过程中比体积和孔隙率的变化情况,由此建立数学模型开展污泥干化的数值模拟。此外,对污泥干化特征进行了描述,对污泥干化的影响因素进行了研究,并讨论了污泥在实际干化过程中的翻抛情况。结果显示,考虑了体积收缩后的模拟结果更接近真实情况,污泥干化的影响因素诸如污泥含水率、太阳辐射强度以及空气湿度对污泥干化速率有显著的影响,空气温度和风速的影响相对较小。干化条件直接影响污泥的含水率分布,干化剧烈时,污泥含水率分布不均匀,出现“蒸发前沿”现象;而干化缓慢时,污泥含水率分布均匀。含水率分布决定污泥翻抛频次,含水率分布越不均匀,翻抛对干化的效果越明显。

基于改进Mein-Larson降雨入渗模型的黄土边坡稳定性分析

【目的】降雨是诱发浅层边坡滑动的主要因素,为了使降雨入渗过程更加接近实际,【方法】在传统的Mein-Larson降雨入渗模型基础上,考虑土体初始含水率非均匀分布,以含水率分布函数对传统Mein-Larson降雨入渗模型进行了改进并验证了改进模型的有效性。分别将传统Mein-Larson降雨入渗模型和改进的入渗模型与非饱和无限长边坡稳定分析方法结合,建立考虑边坡倾角、土体初始含水率和降雨形式的降雨诱发型边坡稳定性问题计算模型并对边坡安全系数计算,最后将计算结果与有限元数值模拟结果对比分析。【结果】结果表明:含水率分布函数计算值接近试验值,当参数A取0.375时,拟合优度达到0.995。采用改进的入渗模型计算出的各时段湿润锋深度与传统入渗模型接近,但是湿润锋比传统入渗模型早7.7 h到达地下水位线。【结论】基于改进的降雨入渗模型的边坡稳定计算模型计算的边坡安全系数与有限元数值模拟结果接近,相比于基于传统Mein-Larson降雨入渗模型的边坡稳定计算模型计算结果更精确,接近工程实际,可为降雨诱发型边坡稳定分析提供参考。

基于Fick扩散模型的陶瓷坯体干燥数值模拟

本文使用Fick扩散模型对陶瓷坯体的干燥过程进行了模拟,在实际干燥工艺参数数值范围内,分析了热风速度、温度和相对湿度三个因素对陶瓷坯体内部温度、含水率和干燥速率的影响。结果表明,增加热风速度能够加大坯体表面区域的水分散失速率,但对坯体内部含水率变化影响较小;提高温度能够显著增加坯体内部的干燥速率,当温度从35℃增加至75℃时,最大干燥速率的变化幅度为46.34%;相对湿度对坯体平衡含水率影响较大,当相对湿度从5%增大至85%时,平衡含水率从0.8%增大至5.1%(均为质量分数),提高相对湿度能够改善坯体干燥均匀性,保证坯体干燥质量。模拟和试验数据基本吻合,计算结果将为进一步深入研究陶瓷坯体干燥的传热传质过程,以及后续干燥曲线的优化提供理论依据。

常规干燥过程中桉木薄板的水分迁移和流变特性

为探索桉木干燥应力和应变对于减少干燥缺陷和提高木材质量的重要意义,对纤维方向3 mm厚的尾巨桉进行常规窑干,测试了终含水率为25%,18%和8%时试件的含水率分布,并通过数字图像解析了其干燥应变规律。结果表明:木材在初始和8%含水率阶段时各层含水率的分布最均匀。干燥初期,表层干燥应力小,转变快,芯层受干燥应力作用时间较长。最大的实际干缩应变发生在边材位置,并且在3个含水率阶段,应变都沿着心材方向变小。弹性应变状态呈现先拉伸后压缩的趋势。黏弹性蠕变应变受含水率、试件取材位置的影响很大,与干燥应力没有明显的相关性。机械吸附蠕变应变与干燥应力对应明显,在干燥后期更接近弦向变化的规律。发生在干燥早期的皱缩可能会影响应力、应变,尤其是应力转向的时机。

基于降雨入渗全过程的非饱和湿润峰模型

对降雨入渗过程进行研究有助于充分发挥土壤的蓄水能力,减缓城市管网的泄洪压力。为更真实地反映入渗过程中土壤的含水率分布情况,将降雨入渗过程进行分段,确定各阶段土壤含水率分布函数,提出了修正的非饱和湿润峰模型。同时,结合达西定律,引入土体非饱和参数,得到均匀土体在不同降雨强度下,土壤含水率、浸润深度和累计入渗量随时间变化的曲线。结果显示,入渗过程中土壤表层含水率和浸润深度随时间呈非线性变化。对于高强度降雨,当表层土壤饱和后,开始出现积水。累计入渗量最终取决于土壤的饱和渗透性质,降雨强度对其影响有限。分别将4种土质土体的计算结果与有限元法得到的结果进行对比,两者相对偏差均小于5%。