木材干燥的重要环节具有非常重要的作用

　　木材含水率和基本密度对预热时间无显著影响；预热温度对预热时间有一定的影响；木材厚度是影响预热时间的主要因素。预热是木材干燥的重要环节，它对减少干燥缺陷、缩短干燥时间都具有非常重要的作用预热时间不够，容易引起干燥过程中锯材发生开裂现象，并延长干燥时间。若预热过头，则又会造成能源的巨大浪费。目前，在实际生产过程中，一般仅依据板材厚度来确定预热时间，而不考虑预热温度、木材含水率、树种的影响。这既不科学，又可能引起干燥质量和能源浪费的问题。所以科学、合理的确定预热时间，可以在保证干燥质量的前提下，节省大量的能源，具有重要的现实意义。本文利用傅立叶偏微分方程对木材的预热时间进行了理论计算，通过实验方法对运算结果进行了验证，并将试验数据与经验预热时间进行了对比分析，讨论了影响木材预热时间的因素。

　　理论计算与数据处理，理论计算木材预热时间可以采用非稳态的傅立叶导热定律进行计算。为简化起见，我们可以作如下假设：木材整体的初温度为一均匀值；介质温度在整个木材表面上恒定不变；热流只沿试件厚度方向传导，无纵向和侧向热传导；在预热过程中，木材含水率保持不变，无质迁移引起的热扩散。对理论计算结果进行验证及探讨预热温度、木材厚度、木材含水率对预热时间的影响程度，本文特设计了两套试验方案。其中落叶松、杉木按照三因素三水平的L）正交表开展试验。

　　数据分析将理论数据与实验数据进行对比分析，以验证理论计算的可靠性，同时与经验数据进行比较，以了解它们之间的差距。经验预热时间（T）的确定参考试验的结果采用直观和图表分析法进行分析，并讨论影响预热时间的主要因素。

　　结果与分析将试验和理论计算数据进行整理，绘制成图我们可以很明显地看出，木材预热时间的理论计算值与试验值非常接近（马尾松的偏差比较大），这说明通过理论计算确定木材的预热时间是可行的。根据有关资料提到的木材预热时间的经验公式，预热20、30、40、60mm的木材分别需要3、45、6、9h.将这些数据与图1、图2中的数据进行对比，我们可以很容易发现：同一厚度的不同木材，不论是理论还是试验预热时间，无一例外的都远远低于通过经验公式确定的预热时间。并且介质温度与预热终了温度相差越大，两个时间差距越大。木材干燥预热时间初探验中，经验预热时间与试验数据的比值介于2286之间。如以20mm厚的水曲柳为例，当预热温度为100时，实际所需预热时间为65min，而经验预热时间为180min，约为实际预热时间的3倍。若将60mm的杉木预热到80，经验预热时间与实际时间的比值高达62倍。预热红松和白桦的实际时间也远远小于经验值。为什么实际、理论预热时间与经验值之间存在如此大的差距呢笔者认为其原因主要在于：经验预热时间的安全系数取得过大，缺乏科学依据；其次，目前在干燥预热时，一般取干燥介质温度等于木材预热终了温度（或略高于）.这样，在木材预热的后期，干燥介质温度与板材内部的温差很小，热迁移势很低，温度上升很慢，所用时间相对很长。而在本试验中，设定的介质温度比试件预热终了温度略高，所以在整个预热过程中，木材内部与干燥介质间存在较大的热迁移势差，其预热时间理所当然会大幅度减小。

　　板材厚度对预热时间的影响由经验可知，在其他条件相同的情况下，木材越厚，其热传导的路径越长，热阻越大，热量传递速度和板材中心面的温升越慢，预热所用的时间越长。试验和理论计算结果也很好地证明了这一点。由图1和图2可以很明显地看出，随着板材厚度的增加，木材预热时间迅速增加。并且，在三个影响因子与木材预热时间的关系图中，木材厚度因子的三个水平的数据点在纵坐标轴方向高低相差大。这说明在厚度、温度、含水率这三个影响因子中，厚度因子对预热时间的影响大，是主要因子。

　　木材含水率对预热时间的影响在其它条件相同的情况下，木材含水率对预热时间的影响是双重的。一方面，随着木材含水率的增加，木材的导热性能增强，热阻减小，有利于减少预热时间；但另一方面，木材含水率增加，木材的比热增加，即其单位时间内温升所需要的热量增加，不利于预热时间的减少。计算和试验表明这两者的相互作用基本抵销，不会对木材预热的时间产生太显著的影响。如在50条件下，当松木的含水率从30增加到80时，其导热系数、比热、密度分别增加为原值的15倍、114倍和137倍，而导温系数仅变化了4，可以认为基本保持不变。可以清楚地看出：含水率因子的三个水平的数据点在纵坐标轴方向高低相差很小。说明木材含水率对预热时间没有显著的北京林业大学学报影响，在实际确定预热时间时可以不考虑含水率的影响。

　　预热温度对预热时间的影响在干燥介质温度与木材预热终了温度差及其它条件相同的情况下，木材预热温度越高，则预热单位体积木材需要越多的热量，其所需预热时间越长。由公式（4）、（5）可以看出：当预热温度升高时，无因次温度减小，F值增加；而在相应的范围内，导温系数基本保持不变，所以值增大。图1和图4中的实验数据也说明了这一点。由图24还可以看出，预热温度因子的三个水平的数据点高低分布离散程度介于厚度、含水率因子的数据点分布之间。这说明温度对预热时间有一定的影响，其影响程度小于厚度因子而大于含水率因子。

　　木材基本密度对预热时间的影响根据式（2）可知，对于基本密度不同的树种，由于木材的比热与树种无关<12>，其导温系数的大小只取决于导热系数与木材密度的比值。导热系数是木材基本密度和含水率的函数<13>，当含水率一定时，它为木材基本密度的一次函数。所以，木材的基本密度增加，木材的导热系数增加，其与木材基本密度的比值可以近似用下列一次函数来表示：y=A（1）+B，式中A、B为常数。因此，随着木材基本密度的增加，其导温系数略有减小，而预热时间略有增加，但这种差异非常小，图14中的数据也证明了这一点。

　　结论与讨论1）木材预热时间的理论计算与试验值很接近，说明通过理论计算确定木材预热时间是可行的。

　　2）本文中木材预热时间的理论值、实验值与经验值之间差距很大，经验预热时间与实际时间之比介于2286.如果仅仅从木材热透的角度来考虑，可以通过采用稍微增加介质温度与预热终了温度之间差值的办法大幅度缩短木材预热时间，从而达到减少干燥时间和节省能耗的目的。若从提高木材塑性，改善渗透性的角度出发来确定木材的预热时间，则需要进行进一步的理论和试验探讨。

　　3）影响木材预热时间的因子有木材厚度、预热温度、基本密度、含水率等。其中木材含水率和基本密度对预热时间的影响很小，在实际生产中可以忽略不计。木材厚度是影响预热时间的重要因子，预热温度对预热时间有一定的影响。

　　4）本文只是对木材的预热时间进行初步的探讨，对于预热时间与各影响因子之间的量化关系，还有待进行进一步的理论探讨和试验研究。