第五讲 木材干燥时的传热、传湿(一)

1、主要内容：主要内容：热转移的基本规律热转移的基本规律质转移的基本规律质转移的基本规律第五讲第五讲 木材干燥时的传热、传湿（一）木材干燥时的传热、传湿（一）转移现象转移现象：热流、电流、水流等，都在一个物理场中进行。单位时间内转移的物质的量与转移势差成正比，与转移的行程成反比。 一、热转移的基本公式一、热转移的基本公式1.热转移的三种形式：导热、对流、辐射热转移的三种形式：导热、对流、辐射2.导热的基本定律（导热的基本定律（傅里叶定律傅里叶定律）单位时间内在物体内部两等温面间流动的热量，与垂直热流方向的面积F和温度差t成正比，与等温面间的距离x成反比：xtFQ3.热流量热流量：单位时间内通过单位

2、面积的热量称为热流量。 ：导热系数，W/（mK） ：表示温度差在热流方向上长度增量趋于零时的极 限，称为温度梯度温度梯度，负号表示负号表示热流方向（从高到低） 与温度梯度的方向（从低到高）相反。gradt4.固体与流体之间的热交换形式：固体与流体之间的热交换形式：导热和对流 过程分为两种：稳定热交换、 不稳定热交换gradtxtqxtxtt txv（1）稳定的热交换稳定的热交换：温度场不随时间而变化。 例如，透过干燥室壳体的散热(单层平壁)。由固定温度t1的干燥室介质1，通过室壁向固定温度t2的室外空气2传热。透过室壁的传热是一种稳定的 导热，用傅立叶公式计算：室壁内外表面与干燥介质之间 的传

3、热为对流换热，用牛顿公式 计算：)(311ttq)(242ttqt1t2b12t3t41 12 2)(11212121ttKbttqbttxtq34-p温度场按照是否随时间变化来分类，可分为两类：温度场按照是否随时间变化来分类，可分为两类： 稳定温度场和非稳定温度场。稳定温度场和非稳定温度场。如果温度场中各点的温度不随时间变化温度不随时间变化，这种温度场则称为稳定温度场稳定温度场，例如当外界环境变化不大，室内供暖设备工况稳定、持续运行较长时间后，此时室内的温度场就可以看作稳定温度场。当温度场内各点的温度随时间变化随时间变化时，这种温度场称为非稳非稳定温度场定温度场，例如在房间空调刚开机的一段时

4、间内，房间内的温度场就属于非稳定温度场。在稳定温度场中的导热称为稳定导热，反之，非稳定温度场中的导热称为不稳定导热。,zyxft zyxft, 在稳定温度场中，若温度仅在空间一个坐标方向上发生变化，则称为一维一维稳定温度场，即 t=f(x) 在稳定温度场中，若温度仅在空间两个坐标方向上发生变化，则称为二维二维稳定温度场，即 t=f(x,y) 一维稳态温度场是最简单的温度分布，是工程技术中应用较多的情况。在我们的学习过程中，也主要以一维稳定温度场作为研究对象。在温度场中，把同一时刻温度相等的各点连接起来所构成的面，称为等温面等温面，它可能是平面，也可能是曲面。等温面与任一平面的交线称为等温线等温

5、线。等温面和等温线的性质如下：（1）因空间中任何一点不可能同时具有两个不同的温度值，所以任意两个等温线或等温面永不相交。（2）等温线或等温面可以在物体内部是完全封闭的曲线或曲面，也可终止于物体的边缘，但不可以在物体内部中断。（3）等温线或等温面上温度差为零，没有热量的传递。热量的传递是沿着最短的途径进行，即沿着等温面或等温线的法线方向进行。多层平壁：由好几层不同材料叠在一起的复合壁。33221141ttqxt21341tt 1t2t4t3t各层之间接触分界面的未知温度各层之间接触分界面的未知温度：1112qtt3342223qtqtt对于多层壁的每一层，温度分布仍按直线规律；但整个多层壁来说，

6、由于各层的导热系数不同，是一条折线。v（2）不稳定的热交换不稳定的热交换：温度场随时间而变化。 例如，木材在气体或液体介质中的加热（或冷却）就是在对流换热边界条件下的不稳定导热现象。 木材加热过程中，木材内任意一点的温度变化是用傅立叶偏微分方程来确定：)(222222ztytxtatca tgradtqkzjyixkztjytixtnntgradtnntq2拉普拉斯算子，拉普拉斯算子，对各坐标求二阶偏导对各坐标求二阶偏导kzjyix哈密顿算子，哈密顿算子，对各坐标求对各坐标求一阶偏导一阶偏导ttc)(二、质转移的基本公式二、质转移的基本公式 1.扩散扩散(diffusion)：在两种或两种以上

7、的成分所组成的气体或相融的液体内，由于分子运动引起的成分的连续移动，称为扩散。o 扩散是质转移方式之一。o 干燥时，水分在木材中的扩散包括： 水蒸气穿过细胞腔中空气的扩散；吸着水在细胞壁中的扩散。 2. 扩散流量公式（扩散流量公式（斐克定律斐克定律）： 式中 i 扩散的流量； D 扩散系数，m2/h或cm2/s，与物质的物理性质、温度及压力有关 ； 浓度梯度浓度梯度，负号说明扩散方向与浓度（密度）梯度方向相反。xCDixC 3.等温水分转移的基本规律等温水分转移的基本规律 下面以热转移规律为基础，推导水分转移公式。 热流量公式可表示为： 我们类似地给出湿转移流量的公式： 式中a为导水系数 c为比湿 0为绝干密度 为湿势， 为湿势梯度。 比湿：当物体进行湿交换时，单位质量的吸湿体当湿势变化1时物体吸湿或解吸的水分量（湿量）。xtacxtqxcai0 x 类似比热， 比热的表达式为： 根据比湿的定义，可以写出表达式： 式中，W水/W干就是木材的绝对含水率， 上式可写成： 等温水分转移的公式等温水分转移的公式也可写成： 等温水分移动根据物体的含水率场是否随时间而变化又分为等温水分移动根据物体的含水率场是否随时间而变化又分为 稳定湿交换和不稳定湿交换。稳定湿交换和不稳定湿交换。 v 不等温水分转移的公式不等温水分转移的公式可写成： 干水WWctmQcMcxMai0)(xMxtac