胶合板热压过程中传热传质研究开题报告.doc

本 科 生 毕 业 设 计（论文）开题报告（含文献综述）（ 2012 届）题 目： 胶合板热压过程中的传热传质研究 学生姓名 学号 专业班级 木材科学与工程081班 学院名称 工程学院 指导教师 姜志宏 2011年12 月20 日一、研究目的与意义中国经济的快速增长，成为促进胶合板市场需求的强劲牵引力；华北、华东以及长江中下游一带速生丰产林木材大量涌进市场，以及国外优质阔叶木材的不断补充，汇成中国胶合板工业不断发展的巨大原料提供源泉；充足的人力资源，也是中国发展胶合板工业的成本核算与其他胶合板生产国相比占有优势的重要因素。近年来中国胶合板产品质量本身，也有了大幅提升，在国际市场上竞争力越来越强。中国不仅是胶合板出口大国，还是世界第一大胶合板生产国。胶合板产品品种较多，可分为普通胶合板、细木工板、空芯胶合板、复合胶合板、装饰胶合板、指接胶合板、阻燃胶合板和木材层积塑料等。由于其性能优良、便于加工、用途广泛、价格适中而又保留了木材天然纹理和质地等特点，一直受到人们的青睐，是木质人造板中开发最早而长盛不衰的传统主导产品，占有举足轻重的不可替代的地位。2006年1-12月，中国胶合板制造行业实现累计工业总产值75,819,437,000元，比2005年同期增长了39.83%；实现累计产品销售收入72,163,513,000元，比2005年同期增长了39.25%；实现累计利润总额3,198,494,000元，比2005年同期增长了60.41%。2007年1-11月，中国胶合板制造行业实现累计工业总产值101,828,484千元，比上年同期增长了48.27%；实现累计产品销售收入96,534,099千元，比上年同期增长了48.87%；实现累计利润总额4,732,364千元，比上年同期增长了70.26%。 虽然中国胶合板发展迅速，但依然遭遇到欧盟以及其他一些进口国的反倾销申诉，所以中国的胶合板企业和行业组织必须加强与进口商的沟通、加强企业自律、规范出口经营秩序。随着中国基础设施建设规模的扩大与中西部开发力度的加强，胶合板的市场潜力巨大。多孔介质是由固体骨架和流体组成的一类复合介质，其传热传质的理论研究已有近百年的历史。在探索热湿迁移机理方面先后建立和发展了能量理论、液体扩散理论、毛细流动理论和蒸发凝结理论等，用于解释毛细多孔介质在一定条件下的热质传递机理以及对传递过程进行数学描述，通过简化假设，形成了比较严密的理论体系。木材是一种典型的多孔介质、粘弹性生物体，具有高度的各向异性。以其为主要原料的木质材料在热压过程中原料单元内部结构和特性都会发生很大的变化，加之胶粘剂和热压工艺参数等众多因素相互交织，使得热压过程中的传热传质变得极其复杂。因此，研究胶合板热压过程中的传热传质机理，对优化工艺参数和建立工艺参数与产品最终物理力学性能之间的有机联系有着重要意义。热压是木材综合利用中广泛应用的一种方法。为改善热压加工工艺,提高成材质量,充分了解木材受压时内部各种过程的变化规律,尤其是热量与含湿量的传递规律是非常必要的。目前,世界上许多国家,特别是业发达国家,对相关的内容已开展了大量的研究。在我国,这类工作尚属起步。热压是胶合板生产的关键工序，它直接影响着产品的物理力学性能(例如胶合强度)及生产的能耗Kamke等将刨花板的热压过程描述为“一个伴随着动量传递、热传递、质传递及板坯内部复杂化学反应和相变同时发生的复杂过程”。而且板坯主要是由木单板、空气和水分组成的三相体系，所以板坯内部环境变化的研究一直是个难点板坯在热压过程中的定型主要通过两个方面的作用完成：压力的作用，使板坯内部空隙度减小，达到形成化学键和胶接的要求，板坯形成一定的密度；热量在板坯内部传递，达到胶粘剂固化的温度要求，使胶粘剂固化，伴随此过程板坯内的水被加热汽化，产生一定的气压因此，在板坯内部环境的研究中，板坯内部的温度场和气压变化是研究的重点，能够为最优热压工艺的选择提供最基本的信息。热压工序是胶合板生产能过程中的主要能耗工序之一。在满足产品要求的条件下，如何降低热压温度、减少热压时间，是胶合板生产工艺研究的一个重要方向。传统的热压工艺多采用三段降压曲线，利用两端压力减少段释放板中的蒸汽压力，可以有效地防止鼓泡现象，根据生产实际情况，可以指定多段降压曲线，同时还有厚度热压曲线、零段保压曲线、高含水率热压曲线等多种不同情况。随着胶合板品种不断增加，需要相应的热压工艺曲线与之相适应。而了解胶合板热压工程中板坯内部环境的变化是选择制定合适的。热压工艺曲线，是控制胶合板热压工艺的关键，进而直接关系到产品的生产效率和质量。胶合板热压过程中的影响因素主要包括：热压时间、热压温度、压力、胶黏剂、单板厚度、单板含水率和导热系数。板坯内部的热量来自热压板的温度，热量除了使胶粘剂的固化外，高温还可增加木材的塑性，热压过程中板坯内部温度特征曲线直接影响到加压时间和生产率。板坯内部的气压大部分源于水蒸气压力，直接影响卸压时是否会“分层、鼓泡”，影响成板力学性质，与热量传递有交互作用。板坯含水率主要来自物料干燥后剩余的水分，加入胶粘剂时伴随的水分，以及胶粘剂固化时缩聚反应产生的水分。含水率影响热量的传递和气压的变化，从而影响胶合板的性能。二、研究现状胶合板是一组单板通常按相邻层木纹方向互相垂直组坯胶合而成的板材，通常其表板和内层板对称地配置在中心层或板芯的两侧。用涂胶后的单板按木纹方向纵横交错配成的板坯，在加热或不加热的条件下压制而成。层数一般为奇数，少数也有偶数。纵横方向的物理、机械性质差异较小。胶合板生产的常见工艺流程为：1原木一2锯断一3剥皮一4水热处理一5定心一6旋切一7剪切整理一8干燥一9剪切一10修补一11分等一12涂胶一13组坯一14预压一15热压一16裁边一17砂光一18修补一19检验一20分等一21打包一22入库。虽然近年来在其基础理论和应用研究取得了一定的进展，但许多方面譬如：胶合板热压过程中板坯结构模型的仿真、传热传质机理、如何建立热压工艺参数与产品最终物理力学性能之间的有机联系等还有待于进一步的深入研究。近几十年来，木材科学的专家学者们采用模型分析的方法，即通过研究板坯结构中的传热传质机理，建立或借鉴现有的数学模型来描述和模拟各种实际的物理过程，或者通过实验来确定板坯的各种物理参数和传输系数，如热导率、导温系数、湿扩散系数等，从而为建立模型和求解模型提供基础数据。胶合板热压过程中心层温度变化曲线基本可以根据热压时间分为短暂恒温、快速升温、水分汽化恒温和慢速升温四个阶段；胶粘剂种类、施胶量、单板材种、纹理排列方式和板坯密度对胶合板的热压传热过程影响很小；单板含水率、板材厚度和热压板初始温度对胶合板热压传热影响比较显著。三、研究的基本内容和方案研究的基本内容：（1） 制备不同密度、厚度及初含水率的单板。（2） 确定实验用胶黏剂,单板压缩率。（3） 采用连续的温度、压力在线测试手段,研究不同成板目标及板坯初含水率对胶合板板热压过程中板坯内部温度场和压力场。（4） 采用单一变量法或正交实验法，研究每个影响因素变化对成品板的物理力学性能的影响，优化热压工艺参数,建立工艺参数与产品最终物理力学性能之间的有机联系。方案： 1.进行分组并编号：以密度、厚度、初含水率等因素作为单一变量分组，要设置对照组，以市场上销售的普通胶合板对照 2.相同处理：每个组的单板经组坯陈化等必要工序后进行热压，把连续的温度、压力作为测试手段 3.观察记录：在热压过程中，用相隔的连续较短时间内，记录每个阶段的温度、压力 4.性能测定：将制成的胶合板制成试件，进行各项力学性能测定 5.数据处理:通过绘制数据关系曲线图,分析优化热压工艺参数,建立工艺参数与产品最终物理力学性能之间的有机联系。实验主要仪器： 万能试验压机；K型热电偶规格04 mm1000 mm；试件力学性能测试相关各种设备。五、创新点及可能存在的问题创新点：a继续从宏观和微观的角度，通过理论分析、实验研究和数值模拟，深入研究胶合板热压过程中复杂的热湿迁移机理，试图建立和完善其微观和宏观模型。b发展新的胶合板热压过程中传热传质在线测试原理和方法，着重非稳态下热湿迁移性质测试方法和技术。c有关胶合热压过程中涉及到相变传热传质机理更深一步的研究。问题：(1)热压过程中的各种对试验有影响的参数很难严格控制，涉及的参数过于简单化。(2)缺乏有效检测方法和手段，有关热质迁移特性的基础数据匮乏。(3)实际的热压过程中目前存在许多尚未深入研究的物理化学反应，譬如：耦合效应、毛细滞后效应、湿分迁移的非Darcy效应、骨架与流体之间的化学反应等。(4)经常假定热压过程中存在局部的热力学平衡态，但在许多情况下这种平衡态是很难达到的或者不可能达到。四、预期的结果1) 熟悉各工艺参数对胶合板质量及物理性能的影响；2) 对各变量对胶合板物理力学性能的影响有更加直观的认识；3) 通过比较，得出在特定条件下的优化工艺参数；4) 在数据处理中在不影响实验结果的前提下允许存在个别差别较大或偏小的数据。六、研究进度安排设计（论文）各阶段名称 起止日期（1）文献综述、开题报告、英文翻译 2010.12.1至2011.3.29（2） 论文实验 2012.3.30至2012.4.10（3） 论文撰写 2012.4.11至2012.4.20（4）论文答辩的准备及答辩 2012.4.21至2012.5.30七、主要参考文献 1刘正添，王洁瑛，于辉.影响刨花板热压传热过程因素的研究J.北京林业大学学报，1995 （2）：64-71. 2于志明，吴娟，陈天全.人造板热压过程中板坯内部环境的研究进展，北京林业大学学报，2004(5):80-884. 3肖亦华等译.木材传热传质过程M.中国林业出版社，1989：86-112，165-181. 4杨瑾瑾，傅万四，于文吉.人造板热压过程中板坯内部温度，气压,含水率研究现状与分析.木材加工机械,2008年第三期. 5杨瑾瑾，于文吉,人造板热压过程中板坯内部环境因子的研究现状.第一届全国生物质材料科学与技术学术研讨会 6杜春贵,张齐生,刘志坤,杉木积成材的热压传热特性.东北林业大学学报，2009(2) 7杜朝刚,陈天全,常建民,刨花板热压过程中的传热传质研究现状和展望.林产工业(2004)05001004 8Heat exchange during boiling of fluids on finned walls of tubes in heat exchangers.Chemical and Petroleum Engineering, Vol. 45, Nos. 56, 2009 9Carvalho,L.M.H.,and C.A.V.Costa.1998.Modeling and simulation of the hot pressing process in the production of medium