[材料科学]木材干燥学 第四章 干燥过程热质传递.ppt

第四章 干燥过程热质传递 4.1 热传递方式 换热过程可归纳为三种基本的热传递方式：热传导、热对流和热辐射。 木材常规干燥过程中，三种热传递方式并存，以对流换热为主。 4.1.1 热传导（导热） 指物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。 在导热方式中，物体内部各部分之间没有宏观相对运动，且参与导热的物体必须彼此接触，所以该种热量传递属于接触换热。 固体传导的热量，用导热的基本定律（傅立叶定律）来计算。含义是：单位时间内在物体内部两等温面间传递的热量Q，与垂直热流方向的断面积A和温度t差成正比，与等温面间的距离成δ反比。 式中：λ— 导热系数（热传导率）W/(m·K)或 W/(m·℃)； T — 热力学温度，K； t — 摄氏温度，℃； δ— 等温面间距离，m。 单层平壁稳定导热 若为多维导热，温度梯度则为 ，其中热量沿x方向的传导分量为 用q表示热流密度（热流量），即单位时间内通过垂直热流方向的物体截面上单位面积的热量（Q/A），有 式中 是一维导热时温度差Δt对热流方向上长度增量Δx之比的极限，称为温度梯度。温度梯度是一个矢量，它总是朝着温度增加的方向。式中的负号，表示热流方向（温度降低的方向）与温度梯度的方向（温度升高的方向）相反。 单层平壁稳定导热 上述导热基本定律表明，木材干燥传热过程中，加热木材的介质温度与木材心部温度差越大，木材厚度越小，传热越快，即薄板材在较高的温度下被加热到预定温度所用时间较短。 不同物质的热传导性能不同，其按物质分类的排序依次为金属＞非金属固体＞液体＞气体。常温下纯铝的导热系数为204W/m·℃。红砖、玻璃的导热系数在0.6～1.0W/m·℃之间。羽毛、干木材和保温材料为多孔材料，孔隙内充满空气，导热系数一般小于0.2W/m·℃。 常用建筑材料的传热系数见教材上表2-13 4.1.2 热对流 指由于流体的宏观运动，流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。 由于液体和气体内部可发生相对宏观位移，故热对流只能发生在流体介质中。 木材干燥中常发生的是流体（干燥介质）流过固体（木材、干燥室等）壁面时对流和导热联合起作用的热量传递现象，称其为对流换热。 影响因素很多：气体的流动状态，如湍流、紊流，速度的高低，物理性质即湿空气的导热、比热、密度；固体的性质，如形状（圆、方翼管，平滑管）和大小等。 对流换热的热流密度q ： α— 对流换热系数，简称换热系数(放 热系数)，W/(㎡·K)或W/(㎡·℃)； 换热系数取决边界面处介质流动性 质、边界层厚度及其它热传导。 t1— 与固体接触的介质温度，℃； t2—固体表面温度，℃。 t1 q α t2 实际干燥生产过程中，木材内部导热及表面对流换热是同时进行的。 t2 t2 t3 t1 t1 α α q q 4.1.3 热辐射 物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。 物体会因各种原因发出辐射能，其中因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。 远距离传递能量的主要方式 。 辐射换热与导热及对流换热的明显区别：前者是非接触换热（在真空中最有效），后者是接触换热。 常规干燥过程中加热器和其周围低温物体、木材和干燥室内壁等存在温差，所以辐射传热存在于整个干燥过程。 描述热辐射的基本定律是斯蒂芬-玻尔兹曼定律。 4.2 干燥室围壁热损失 4.2.1 平壁热损失 流动空气 干燥介质 q b λa c a tf1 ,α1 tf2 ts1 ts2 t2 t3 λc tf1 通过平壁的稳态传热 λb tf2 ,α2 干燥室内、外表面与气体介质间的热交换为对流换热，透过室壁及壁内保温层的传热是一种稳态导热，即： 内壁与干燥介质的对流换热 内壁的导热 内、外壁间保温层的导热 外壁的导热 外壁与空气的对流换热 因是稳态传热，所以 可得 （W/㎡） α1、α2— 干燥室内、外壁与空气的换热系数。 α1 ，干燥介质为湿空气取11.63W/(㎡·℃)，常压过热蒸汽时取14W/(㎡·℃)； α2