木材干燥学pdf
【课程大纲】《木材干燥学》
《木材干燥学》课程大纲一、课程概述课程名称（中文）：木材干燥学（英文）：Wood Drying Science课程编号：14351042课程学分：2.5课程总学时：40课程性质：专业课二、课程内容简介（300字以内）《木材干燥学》是“木材科学与工程”专业的一门专业核心课程，是实践性较强的应用科学学科之一，是一门综合木材学、热工学、电子与电工学、机械基础、建筑、仪表、自动控制等多科性的应用学科，是木材加工科学领域的一个重要分支。
本课程主要讲授木材的干燥特性及其在干燥过程中的热质转移规律和水分传导现象，实施木材干燥的设备和工艺及其技术经济指标。
三、教学目标与要求木材干燥学在“木材科学与工程”专业培养计划中是一门专业核心课程。
通过本课程的学习使学生了解木材干燥介质的特性；与干燥有关的木材性质；了解木材干燥过程的规律性；掌握锯材干燥工艺；熟悉锯材干燥设备，并具有对干燥设备进行选用、设计、计算的能力。
四、教学内容与学时安排第一章绪论（2学时）1. 教学目的与要求：使学生了解木材干燥的目的、意义、分类、主要内容、主要方法及木材干燥技术的发展动向。
2. 教学重点与难点：木材干燥的目的、意义、分类、主要内容、主要方法及木材干燥技术的发展动向。
第一节木材干燥学概述（1学时）一、木材干燥学研究的对象和内容二、木材干燥的基本原理三、木材干燥的意义四、木材干燥技术的发展趋势第二节木材干燥的方法（1.0学时）一、大气干燥二、人工干燥第二章木材干燥基础（6学时）1. 教学目的与要求：理解木材的吸湿、解湿、平衡含水率、干缩、变形、密度、木材的弹性、塑性的概念、木材热学与电学性质及在木材干燥中的应用；正确理解湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽、干度、湿空气、相对湿度的概念，掌握hd—图的应用；掌握热、湿转移的基本公式，水分的蒸发与移动过程，空气的流动特性；了解木材非对流加热，应力及干燥时间的理论计算。
2. 教学重点与难点：木材吸湿滞后的机理，计算木材的干缩系数;hd—图的应用;对流干燥过程、应力与变形;木材水分的束缚;木材对流加热与冷却的分析。
木材干燥学 第五章 木材干燥时的传热、传湿
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：
t
a( 2t x 2
2t y 2
2t ) z 2
a
c
二、质转移的基本公式
• 1.扩散(diffusion)：在两种或两种以上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，成为 扩散。 o 扩散也是质转移方式之一。 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。
t1
α1
q
t x
• 室壁内外表面与干燥介质之间
的传热为对流换热，用牛顿公式
1
t3 λ
2
t2
计算：
q 1 (t1 t3 )
b t4 α2
q t3 t4
b q 2 (t 4 t 2 ) Nhomakorabeaq
t1 t2 1 b 1
K (t1 t 2 )
1 2
v（2）不稳定的热交换：温度场随时间和 空间而变化。
v 不等温水分转移的公式可写成：
i =－a’ρ0 （
W+ x
t）
x
详见P173－178
• 4.木材中不同状态水分移动的动力 当W木＜ WFSP时， Ø 汽态水移动的动力为水蒸汽分压差
吸附点之间吸附水的移动以及水分在大毛细管 系统中的移动。 Ø 液态水移动的动力是毛细管压力差
微毛细管间以及从大毛细管到微毛细管的水分 移动。 v注： 当W木 ＞ WFSP时，即自由水存在的状态下， ∵木材内的蒸汽分压等于饱和压力，毛细管压 力不变，∴不存在水蒸汽分压差和毛细管压力 差， ∴在没有外力作用或不与其他物体接触， 木材内水分不能移动。
木材干燥学-第二章-与木材干燥有关的木材性质概要
2.1 木材构造特征
2.1.1 木材解剖特征对干燥的影响 木材中的水分要顺利地向外移动，木材内部就必须有水分移动的通道，即细胞腔、纹孔、细胞间隙及细胞壁内的微毛细管等。这些通道若呈开放状态，则木材容易干燥；反之，木材难干。所以说，木材解剖分子的状态及特征对木材干燥时间的长短和干燥工艺的制定起着决定性的作用。 木材某些构造特征，会使木材干燥过程中产生一些缺陷。如早材与晚材变化为急变的木材，干燥过程中在早材与晚材的交界处易产生环裂；木射线含量多的树种，特别是具有宽木射线的木材，干燥时易产生径裂。阔叶树材，由于边材中含有侵填体的导管较少，多数导管呈开放状态，边材导水性较好；心材中多数导管内含有侵填体，使导管腔部分或全部被堵塞，心材导水性较差。因此，在干燥过程中心材和边材产生不均匀的收缩应力，使木材在边材和心材的交界处发生皱缩，特别是小径木木材干燥时，易产生皱缩缺陷。
含水率 生材 FSP状态 EMC状态 全干状态 (25~30%以上) (15%前后) (0%) 结合水 饱和状态 饱和状态 平衡状态 极少 自由水 有 极少 没有 没有
2.2.3 木材中水分存在状态与纤维饱和点 （1） 水分存在状态 木材中存在水分分为自由水和结合水（吸着水）两种。 自由水（Free water）是存在于木材细胞腔中的水分，其性质和普通的液体水接近。自由水的多少对木材物理性质（除重量、燃烧性能以外）影响不大。 结合水（Bound water）存在于细胞壁中，与细胞壁无定形区（由纤维素非结晶区、半纤维素和木素组成）中的羟基形成氢键结合。在纤维饱和点以下的区域内，结合水的多少对木材各项物理性质有很大影响。 对于生材来说，自由水和结合水同时存在，其中自由水的水分量随着季节变化，而结合水的量基本保持不变。
2.2 木材与水分 2.2.1 木材中的水分由来
木材干燥学 第一章 绪论
（8）高温干燥 木材人工干燥通常使用的温度区域在40～90℃范 围内，而从干燥初期开始室温在90℃（理论定义为100℃）以上， 干燥后期温度上升到150℃以上的干燥方法统称为高温干燥法。木 材高温干燥包括常压、高压过热蒸汽干燥和以湿空气为介质的高温 干燥。前者干燥过程中介质的湿球温度保持为沸点约为100℃不变， 且不含有空气；后者介质的湿球温度低于100℃，是空气和水蒸气 的混合体。 通常的高温干燥方法，其干燥工艺和一般的干燥条件相比，由 于高温，特别是低湿条件容易造成干燥材的开裂、翘曲等缺陷的发 生，但干燥时间仅为一般常规蒸汽干燥的1/2.5～1/4。就目前的生 产实践来看，高温干燥对于针叶树材或杨木等板材的应急干燥较为 适用，但干燥材的颜色多少有些变深。因此高温干燥在欧美等国使 用较多，而对于轻微开裂或变色等都较为挑剔的日本则应用较少。
（2）室干 指在干燥室内人工控制干燥介质的参数对木材进
行干燥的方法。按照干燥介质温度的高低可分为低温室干、常 规室干及高温室干。应根据被干木材的树种、厚度、用途等条 件，正确选用适当的室干方法。室干的优点是干燥质量好，干 燥周期较短，干燥条件可灵活调节，便于实现装卸、搬运机械 化，干燥介质参数调节自动化，木材可干燥到任何终含水率。 缺点是设备和工艺较气干复杂，投资较大，干燥成本较高。 （3）除湿 (热泵)干燥 与室干的区别是将湿热空气部分流过 除湿机，先经冷却使部分水蒸气冷凝成水排出，同时回收水蒸 气的汽化潜热;湿空气变干，再经加热后流入材堆，干燥木材。 除湿干燥的优点是能量消耗显著低于常规窑干，特别是在干燥 过程的前期; 基本没有环境污染，干燥质量较好。缺点是干燥温 度较低，干燥周期长; 由于采用电能，干燥成本较高; 一般无蒸 汽发生器，难以讲行调湿处理。
干燥设备常规动力设备风机电机热力设备加热器检测控制设备温度湿度含水率等运输设备轨道车叉车等调湿设备喷蒸汽水管进排气道干燥过程预热初期热湿处理干燥中间热湿处理干燥平衡终了热湿处理121木材干燥的目的1预防木材腐朽变质和虫害
木材干燥学精华版
木材干燥学第一讲绪论1.1 木材干燥学概念：在热力作用下木材中的水分以蒸发或沸腾的汽化方法由木材中排出的过程。
2.2 目的及意义：* 提高木材和木制品稳定性，防止变形和开裂；* 提高木材的力学强度，改善木材的物理性能；* 预防木材腐朽，延长木制品的使用寿命；* 减轻木材的重量。
3 木材干燥方法：大气干燥：自然大气干燥、强制大气干燥：简单，不需要干燥设备，节约能源，占地大，时间长，不能人为控制，受气候等影响，终含水率较高,易虫蛀、腐朽，变色，开裂人工干燥：常规干燥：干燥周期短，介质条件可控，可以得到任何终了含水率，干燥技术成熟，干燥质量好；能量消耗大（40-70%），设备投资大，干燥成本较高，对环境不太友好。
高温干燥：干燥速度快，时间短，木材尺寸稳定性好，易产生干燥缺陷，木材颜色变深，表面硬化、发脆、加工略困难。
除湿干燥：节约能源，环境友好、干燥质量好，但是干燥温度低，干燥成本高，干燥时间长太阳能干燥：节约能源，干燥成本低，但是温度低，干燥时间长，受气候影响较大微波干燥：加热均匀、干燥速度快，周期短，干燥质量好，贵重树种及高档材，适合用微波干燥方法干燥，但是以电为能源，成本高，设备性能不完善远红外干燥：远红线外穿透能力低，只适合干燥薄板。
真空干燥：干燥周期短，干燥质量好，适合于透气性好的硬阔叶材厚板或易皱缩的木材。
能耗较高，容积较小,控制较为复杂；加压干燥：干燥质量好，周期短，能耗较少，成材加压干燥后颜色变暗，在节子周围会出现较大裂纹；容器的容积较小，生产量不大。
第二讲木材干燥基础1.2.3 木材含水率测量烘干法(或称重法）：电测定法：利用木材的电学性质（如电阻率、介电常数等），与木材含水率之间的关系，来测定木材含水率的方法。
特点：①测量范围有限：6％～28％。
②需要进行温度修正：温度越高，电阻越小，读数偏大。
③树种修正：树种不同，密度存在差异。
④插入深度和方向：深度为木材厚度的1/3左右，方向为横纹方向蒸馏法：适合于含树脂丰富或经过油性防腐处理的木材2.3 纤维饱和点：当木材细胞腔中自由水蒸发完毕，而细胞壁中的吸着水还处于饱和状态时的木材含水率叫纤维饱和点。
木材干燥学
12利用木材吸收滞后现象人工干燥木材，使用时木材尺寸稳定，不会从空气中吸收很多水分而发生体积变化，引起翘曲变形。
3木材平衡含水率在木材加工利用上具有重要指导意义。
木材吸湿时会导致木材物理力学性质变化，严重时会导致板面翘曲变形。
木材加工木制品前，必须干燥到与所在地区或使用地区空气温、湿度相适应的木材平衡含水率。
这样才可避免因受使用地区温、湿度的影响而发生木材含水率变化，也就不会引起木材尺寸或形状的变化，可以保证木质品的质量。
木材产品板材、方材调运时，也应将其干燥到使用地区的平衡含水率. 实际使用时，木材所要求的含水率与木制品用途有很大的关系（表5）。
不同类型的用材，对木材含水率的要求不一，通常要求达到或低于平衡含水率。
同一用途木材含水率既要考虑地区间木材平衡含水率的差异，又要考虑室内外间的差异。
4 木材干缩的各向异性和径弦向差别木材干缩在不同方向的差异，称作木材干缩的各向异性,其干缩情况也比较复杂。
干缩情况不但随树种而不同，就是同一块木材，纵向、弦向、径向的干缩也不一样，纵向干缩极小，弦向干缩最大，径向干缩约为弦向干缩的1/3-1/2。
木材是由许许多多的长细胞组成的。
在纤维的饱和点以下，当吸着水减小时，木材细胞长度上的干缩不如截面的变细来的得大，所以纵向干缩极小。
弦向干缩大于径向干缩的原因是：（1）木射线细胞在径向上是它的长度，在弦向上是它的端面，而木射线的横向干缩较纵向干缩大；（2）木射线沿径向排列，牵制着其它纵行细胞的收缩，而弦向上就不受这种牵制作用；（3）有些细胞在干缩时，弦向受到压力而径向却微有伸长；（4）木材径而细胞壁上的纹孔大而多，细胞壁的含量少，也就干缩小；而木材弦面细胞壁的纹孔小而少，细胞壁的含量多，也就干缩大。
56木材内部水移动：FSP以上：表层自由水蒸发完毕，吸着水开始蒸发，表层木材开始收缩，胞腔微毛细管直径变小，表层直径小于内层直径，表面张力与直径成反比，表层张力大于内层张力，在毛细管张力差下使液态水由里向外移动。
木材干燥学 第二章 与木材干燥有关的木材性质
自由水 细胞腔 细胞壁
结合水
含水率
结合水 自由水
生材
饱和状态 有
FSP状态 (25~30%以上)
饱和状态 极少
干燥
EMC状态 (15%前后) 平衡状态
没有
全干状态
(0%) 极少 没有
（2）木材的纤维饱和点
木材在干燥过程中，细胞腔中的自由水完全蒸发， 细胞壁中吸着水量处于最大限度状态时的含水率，称之 为纤维饱和点（Fiber saturation point，简称FSP）。
生 材：和新采伐的木材含水率基本一致的木材。 半干材：含水率小于生材、相当于纤维饱和点的木材，一般在
22%~35%的含水率范围内。 气干材：长期贮存于大气中，与大气的相对湿度趋于平衡的木
材。其含水率取决于周围环境的温度和相对湿度，一 般在8%~20%之间，我国国标把气干材平均含水率定 为12％。 室干材：木材在干燥室内，以适当的温度和相对湿度条件进行 干燥，含水率约为7~15%的木材，通常根据木材使用 区域、场合及用途等而定。 绝干材：含水率为零的木材称为绝干材或全干材。
2.1.2 边、心材的干燥性能
边、心材的干燥性能有明显区别。通常情况下生材 在制材后，边材的含水率都在100% 以上，干燥初期阶段 需时间较长，由于管胞具缘纹孔处于开启状态，水分容 易移动，干燥速度相对较快。心材初期含水率较边材低， 但由于针叶树材管胞纹孔在由边材形成心材时，或干燥 过程中，其纹孔膜上的纹孔塞往往偏向一边，将纹孔口 堵住形成纹孔闭塞状态，及阔叶树材中侵填体的存在等， 会妨碍水分的移动，影响到干燥速度。
木材干燥学：与干燥有关的木材性质
W湿＜ 30%时，计算公式为：
l湿2
=
K K
(30 (30
− Wg − Ws
) )
+1 +1
lg
注：1. K的选取（弦切板、径切板、普通板）；
2 .以上二式也可由湿木料尺寸计算干木料尺寸。
【例3】某厂生产一种柞木家具构件，已知构件干毛料规格为 60mm×30mm×1000mm，含水率为10%。若以厂内现有含水 率为28%的大方材锯制，试确定湿毛料尺寸应为多少（厚度
M
木
材 40
含
水 率
30 B
（
） 20
%
10
E
0
P
DC K HA
尺寸变化（%）
• 自由干缩是一种理想干缩，一般干燥都是不自由
干缩。
5.木材含水率与密度的关系
• 木材的密度： • 基本密度：木材的绝干质量与被自由水饱和时的体积之比。
ρj=G干/V湿 • 绝干密度：绝干材的质量与绝干材体积的比值。
ρ0=G干/V干 基本密度与绝干密度的关系： ρ0=100 ρj/（100－30K体） • 气干密度：气干材的质量与气干材的体积之比。
t=20℃, WT=30% t=60℃, WT=26% t=120℃, WT=18%
注：a.FSP是木材干燥的转折点。 b.FSP随温度的升高而减小 ，FSP∝（1/T，树种） 。 c.温度反应了木材从饱和空气中的吸湿能力， 温度越高，木材从饱和空气中吸湿的能力越低。
吸湿（adsorption）：当木材含水率低于FSP时，细胞 壁内的微毛细管系统能从湿空气中吸收水分，这种现 象叫吸湿。反之，水分从微毛细管系统排往空气的现 象叫解吸(desorption)。
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木材干燥学是一门木材加工和利用中很重要的学科，在把木材加
工成木制品的过程中，木材的干燥工艺起着重要的作用。
木材干燥的
过程通常包括以下几个部分:原料的准备、选择合适的干燥方法、实施
过程监控、木材的完美依据材料的性能特征。
在木材的准备中，一般会对木材进行室内措拖加工，以增加木材
尺寸稳定性和减少木材缩径率。
接着，根据木材的性能来选择合适的
干燥方法，一般有机乙烷、吸收、渗透、烘干等方法。
执行干燥过程，一般把木材放入已按照要求校准的干燥室中，随时监控木材的干燥状态，当达到设定的要求时就可以完成干燥。
完成干燥之后，需要检测
木材的依据材料性能，以保证检测结果准确，并进行后续应用。
木材干燥学不仅涉及理论，还需要一定的实践，结合实际情况决
定选择何种干燥方法。
此外，要注意测量木材温度、湿度、缩径率等
参数，在干燥过程中确保木材质量。