中密度纤维板热压传热传质模型

论文摘要

在人造板生产过程中,热压工序是影响产品质量和产品产量的重要工序。热压过程中影响因素众多,且相互关联,很难通过实验来深入地理解这一过程。而合理地简化热压过程、建立模型的方式为此提供了可能。本研究分析了现今学者在考虑胶黏剂因素、建立综合性的模型中存在的问题,主要目的在于提高热压传热传质模型的精度,对热压过程中胶黏剂因素对板坯渗透性系数的影响作了实验方面的探索,为建立综合性的热压模型奠定基础。本研究建立了中密度纤维板(MDF)热压过程的二维传热传质模型。模型中考虑的机理有：水蒸气与空气的对流与分子扩散,热传递与对流换热,吸附效应。模型主要由控制容积热量平衡方程以及空气和水蒸气组分的连续性方程构成。文中对偏微分方程组利用有限差分法进行了数值求解。为保证数值求解的稳定性,偏微分方程中的流动项采用迎风格式进行了处理。最后,方程的数值解由Matlab7.0编写的程序在普通PC上运行得出。目前程序中可以输出的变量为：温度、气体总压、水蒸气和空气分压、水蒸气和空气密度、相对湿度、含水率、水分蒸发速率、垂直板面和平行于板面方向的气流速度。经与实验值比较,文中建立的热压传热传质模型比较好地反应出实际热压过程中板坯内的温度和气体压力的发展状况,可以用此模型来分析热压过程中板内发生的传热传质过程、探讨板内环境的发展。文中通过对几组不同的断面密度形成曲线的模拟,发现断面密度的形成对气体压力曲线中快速上升段的起始时间以及上升速率有着显著的影响,显著影响传热传质模型的精度。本文参考Kawouras(1977)提出的方法,以板坯中心点的温度变化曲线为基准,将热压过程分成5个阶段加以讨论,尝试解释了模型的输出结果。实验研究表明：.热压过程中板内气体压力受多种因素影响,目前的实验精度难以通过测量热压过程中板内气体压力的来评定胶黏剂对于气体的阻碍作用。值得注意的是本研究中实验给出的气体压力曲线热压后期的突降现象非常特别,文献中少有报导。文中排除了胶黏剂和断面密度变化造成影响的可能性,提出了水蒸气在厚度方向上迅速迁移的假设,但其确切原因仍不清楚,有待进一步探索。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 研究背景和目的
• 1.1 引言
• 1.2 人造板热压模型国内外研究概况
• 1.3 本研究的目的
• 2 热压过程中涉及的传热传质机制
• 2.1 引言
• 2.2 热源
• 2.3 水分移动方式
• 2.3.1 对流
• 2.3.2 扩散
• 2.3.3 毛细迁移
• 2.3.4 结合水在细胞壁中的扩散
• 2.4 热量传递方式
• 2.4.1 热传导
• 2.4.2 热对流
• 2.4.3 热辐射
• 3 热压传热传质模型的建立
• 3.1 问题陈述和假设
• 3.1.1 模拟系统
• 3.1.2 热量供应和传递
• 3.1.3 质传递
• 3.1.4 平衡假设
• 3.1.5 重要假设总结
• 3.2 热压传热传质模型控制方程及其定解条件的推导
• 3.2.1 控制容积组分守恒方程
• 3.2.2 控制体积能量守恒方程
• 3.2.3 混合气体速度场
• 3.2.4 空气分压和水蒸气密度
• 3.2.5 相对湿度
• 3.2.6 水蒸气分压
• 3.2.7 单位体积水分蒸发速率
• 3.2.8 气体总压
• 3.2.9 混合气体密度
• 3.2.10 板坯断面密度形成与板坯孔隙率
• 3.3 热压传热传质模型构成方程总结
• 3.4 板坯及板内混合气体物理性质
• 3.4.1 材料性质
• 3.4.2 空气-水蒸气混合气体性质
• 3.5 热压传热传质模型方程数值计算过程
• 3.5.1 数值计算方法
• 3.5.2 网格节点的设置
• 3.5.3 有限差分形式的推导
• 3.5.4 网格间距的确定
• 3.5.5 数值计算的稳定性
• 3.5.6 计算顺序
• 3.5.7 程序执行
• 4 模型计算结果与分析
• 4.1 引言
• 4.2 板内温度和气体压力测量实验
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 实验结果
• 4.3 实验条件下热压过程的数值模拟
• 4.3.1 模型输入条件
• 4.3.2 模型输出结果
• 4.3.3 模拟值与实际值的比较
• 4.3.4 模型精度讨论
• 4.3.5 模拟结果的解释
• 5 热压过程中胶黏剂因素对板坯渗透性系数的实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 实验主要设备
• 5.4 实验结果
• 5.5 实验结果分析
• 5.5.1 组内比较
• 5.5.2 组间比较
• 5.5.3 曲线解释
• 5.6 结论
• 6 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 详细摘要
• Abstract