用偏差活化能方法分析研究木材的干燥特性

偏差活化能可以表示被干燥物料的传质传热特性.通过理论分析和实验,该文研究了木材的不同几何尺寸与其偏差活化能的关系.基于木材的湿基试样之上,首先得到不同几何尺寸的木材的干燥率实验数据,然后建立模型计算扩散系数和偏差活化能.研究结果表明,不同几何尺寸木材试样的偏差活化能值随着环境温度和湿度而变化,并且影响着木材的传质传热动态特性;被干燥物料的偏差活化能在其几何尺寸较小时变化微小,并且随着尺寸的变小偏差活化能也下降;当干燥温度上升时,相对偏差活化能很快接近1,反之亦然.这些研究结果为进一步研究木材的动态干燥特性奠定了基础.

物料温度和几何尺寸对动态干燥偏差活化能的影响

利用偏差活化能方法研究物料工业干燥动态特性和探索干燥机理的有效途径。通过实验和理论分析,研究了被干燥物料的偏差活化能随其几何尺寸变化的规律,以及相同几何尺寸时偏差活化能随干燥环境温度变化的关系。研究表明,物料在干燥过程中,不同几何尺寸的试样其偏差活化能均呈现波动趋势,环境温度从低温到高温变化过程中出现偏差活化能最低的环境温度最佳区域,并非干燥环境温度越高,干燥率越高;在温度较低的干燥环境下,物料从泥状到小几何尺寸时,偏差活化能变化不大;偏差活化能随着被干燥物料几何尺寸的减小而降低,相对偏差活化能随着干燥温度的升高而较快地接近1。

干燥处理木材动态黏弹性的含水率依存性

采用高温干燥、低温干燥和真空冷冻干燥方法对杉木人工林木材进行干燥处理,测定3种干燥处理材在不同含水率平衡态的动态黏弹性质。测定的温度范围为-120～40℃,频率范围为0.5～10 Hz。结果表明：1）随着含水率增加,木材的贮存模量E′随温度升高而降低的程度增大,其中高温干燥处理材的贮存模量降低程度最小;2）在测定温度范围内观察到2个力学松弛过程,较高温度域的α力学松弛过程是由低分子质量的半纤维素发生玻璃化转变引起的,低温域的β力学松弛过程是基于木材细胞壁无定型区中伯醇羟基的回转取向运动与吸着水分子的回转取向运动两者叠加而成的;3）力学松弛过程的损耗峰温度随着含水率的增加而降低,随着测量频率的增加而向高温方向移动;4）力学松弛过程的表观活化能随着含水率的增加而减小,对于α力学松弛过程,高温和低温干燥处理材的表观活化能低于真空冷冻干燥处理材的表观活化能。

基于偏移活化能对SiC球团干燥进行动态分析

基于偏移活化能,在不同风温(130,150,170和190℃)和风速(0.06,0.125,0.19和0.25 m/s)下对炼钢辅料SiC球团的干燥过程进行动态分析,系统研究SiC球团内部水分迁移行为。研究结果表明:SiC球团干燥过程中的偏移活化能与其干燥速率曲线表现出相似的规律,分为下降、恒定和升高部分,并分别与干燥速率曲线的升速、恒速和降速阶段相对应。当干燥速率处在恒速阶段时,偏移活化能随风速和风温的升高而降低,其值基本在6×10~5～7×10~5 J/kg之间,同时干燥速率随偏移活化能的降低而提高;风速和风温越高,在干燥降速阶段偏移活化能升高越快,干燥速率下降越快。

基于偏移活化能理论研究干燥热湿传递特性

根据非平衡热力学理论和偏移活化能理论,建立了描述多孔介质对流干燥内部传热传质过程的数学模型,并对其进行分析求解。该模型充分考虑了传热与传质之间的相互耦合,计算结果与实验数据吻合较好,能准确预测干燥过程中马铃薯的含湿量变化。研究表明,偏移活化能方法能有效地探索干燥机理和研究物料工业干燥特性,为干燥动力学的研究确定优化方案提供理论基础与技术依据。

水浸风干过程对煤自燃特性影响的实验研究

为揭示水浸风干过程对煤自燃的宏观特性与微观结构变化的影响规律,实验研究了不黏煤原始煤样和长期浸水风干煤样的低温氧化特性,在不同浸水时长和粒径大小的条件下分析其氧化升温过程中的气体生成量及表观活化能,通过含氧官能团相对含量的变化规律及气体产生机理的分析,诠释了水浸过程对煤自燃氧化特性的影响方式。结果表明:CO和CO_(2)是煤氧化反应的主要气体产物,与原煤相比,经过90、180 d浸水后再风干的煤样,升温过程中的氧化气体生成量更大,在加速氧化阶段活化能分别降低2.72、35.74 kJ/mol,说明随着浸水时间的增加,煤的自燃倾向性会相应增强;—COOH、C=O分别是产生CO_(2)和CO的主要来源,水分对含氧络合物的形成起着重要的催化作用,导致水浸煤中含氧官能团的相对含量高于原煤,因而使水浸煤氧化性增强,并能产生更多的CO和CO_(2)。

自然老化木材燃烧过程热行为特性研究

为提供古建筑火灾数值模拟及风险评估的基础理论,从自然老化角度入手,选取经过长久自然老化的建筑服役木材作为研究对象,通过扫描电镜(SEM)及热物性试验对比分析自然老化木材与参照木材的外观形态及热传导特征;采用差示扫描量热DSC法,研究自然老化木材在燃烧过程中热释放的阶段特性,分析不同升温速率对老化木材热行为影响特征;基于热流计算并分析老化木材在热反应过程表观活化能分布。结果表明:自然老化木材热扩散能力增强;自然老化作用可降低木材着火及燃烧过程所需能量;其对于木材着火前期能量需求的影响较大,大大降低木材燃烧过程需要的峰值能量壁垒。

木屑颗粒热解过程动力学计算及热解气体分析

以CO_2和干空气为动态气氛,在10,20,30℃/min三种升温速率下进行热重实验,研究了气氛对压缩木屑颗粒热解反应的影响,用Netzsch Thermokinetics 3软件确定了失重曲线第2失重阶段的反应级数,用Coats-Redfern积分法计算了第2失重阶段的动力学参数,用气相色谱分析了放大实验在升温速率10℃/min下产生的热解气体成分.结果表明,在CO_2和干空气气氛下,随温度升高,木屑颗粒均出现3个失重阶段,第2阶段的失重分别为65.97%和56.31%,热解反应级数分别为1.2和1.0,活化能分别为117.73和87.4 k J/mol,指前因子分别为5.8′106和1.1×10~4 min^(-1).与空气气氛相比,CO_2气氛下裂解气中CH_4产量相对较低,而H_2和CO产量较高.