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人造板材真空脱气过程传质机理的研究

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摘要

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 室内空气甲醛污染去除研究现状

1.2.1 非源头性甲醛去除研究

1.2.2 源头性甲醛去除研究

1.3 真空工艺在板材甲醛去除技术中的研究

1.4 木材与木制品材料传质研究现状

1.5 本课题的主要内容与技术路线

第2章 层状复合板材传质模型的研究

2.1 层状复合板材及其传质特点

2.1.1 层状复合板材的结构

2.1.2 层状复合板材中气体的扩散

2.2 国内外研究纤维结构材料传质特性现状

2.3 层状复合板材传质理论基础

2.3.1 层状复合板材常压扩散数学模型

2.3.2 层状复合板材真空脱气扩散数学模型

2.4 COMSOL Multi-physics介绍

2.5 层状复合板材传质二维模型与求解

2.5.1 几何模型的建立与网格划分

2.5.2 材料物性设置

2.5.3 初始条件与边界条件的设置

2.5.4 模型的模拟与计算

2.6 层状结构材料扩散模型结果分析

2.6 本章小结

第三章 刨花板传质过程模拟

3.1 刨花板的结构特性与传质特点

3.1.1 刨花板的结构特性

3.1.2 刨花板的传质特点

3.2 刨花板传质过程理论基础

3.2.1 刨花板常压扩散数学模型

3.2.2 刨花板真空脱气扩散数学模型

3.3 刨花板模型的模拟计算

3.3.1 几何模型的建造与网格划分

3.3.2 初始条件与边界条件的设定

3.3.3 参数表达式与数值的确定

3.5 刨花板模型真空脱气模拟计算结果与分析

3.6 本章小结

第4章 胶质层扩散系数测试方法的研究

4.1 胶质层的性质与结构特点

4.2 材料传质系数测试方法现状

4.3 一种胶质层的扩散系数测试方法

4.3.1 胶质层扩散系数的测试设备

4.3.2 胶质层扩散系数测试的具体方法

4.4 胶质层扩散系数测试方法的解析计算

4.4.1 方法数学模型的建立

4.4.2 求解数学模型

4.4.3 宏观状态计算

4.4.4 扩散过程的简化计算

4.4.5 区域2的简化计算和过渡时间求解

4.5 胶质层扩散系数测试方法的模拟计算

4.5.1 几何模型的建造与网格划分

4.5.2 模型的参数设定

4.5.3 初始条件与边界条件的设定

4.6 模拟结果分析

4.6.1 修正系数(ω)的求解

4.6.2 包覆层厚度对扩散的影响

4.6.3 孔径对扩散的影响

4.7 本章小结

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文及专利

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摘要

人造板的挥发性有机化合气体的含量与释放量很高,释放的污染气体主要来源于其内部的胶质层。室内空气污染带来的健康问题已经引起广泛关注,目前针对人造板污染气体的处理方式分为非源头性处理和源头性处理。目前各方面都认为从源头治理是较为根本与彻底的处理方式。
  真空脱气处理是人造板源头性处理中经过实验研究认为行之有效的一种处理方式。本文根据人造板材结构特征与传质特性真空脱气过程中甲醛气体从材料内部向外扩散的过程,从理论上分析人造板真空脱气处理的过程与效果。
  本文根据层状复合板材的结构特点和传质性质建立了层状复合板材在常压和真空脱气两种条件下气体从内部向外扩散的数学模型与几何模型。通过模拟发现由于木质部分传质的各向异性,扩散后期层状板材模型内部气体浓度的分布由对称变为不对称,高浓度区域呈一定角度向传质速率较低的材料部分偏移。浓度分布的偏移还造成了传质速率较低部分内部浓度梯度由单一方向变为正负方向间隔,气体呈波动形式向外扩散的现象。通过对比常压与真空脱气状态两种条件下模型内部气体含量的变化速率,发现常压下气体扩散速率持续低于真空状态下的扩散速率。真空压力与扩散速率之间也并不呈线性关系,在低于某一点后,扩散加快的幅度降低,甚至不升反降,因此在脱气压力的选择上并非越低越好。
  本文还根据刨花板的结构特点和传质性质建立刨花板在常压与真空脱气条件下的扩散过程数学模型和几何模型。通过模拟发现在刨花板内胶质层气体向外扩散的过程中,传质速率最低的一类刨花颗粒的周围形成了高气体浓度包围圈,导致其内部气体浓度较其他类型刨花颗粒更低。刨花板内部气体向外扩散是以刨花颗粒为单位进行的,由于刨花颗粒在刨花板内分布均匀,因此刨花板内气体浓度分布情况是局部差别较大而整体均匀。通过模拟还发现真空条件下刨花板的气体扩散速率较层状板低。
  依据胶质本身的物理性质,本文使用多孔陶瓷作为物理支撑,提出了一种测试胶质层扩散系数的方法,并给出测试方法的解析计算过程。该方法弥补了同类型特性材料传质扩散系数测量方法研究的不足。由于测试过程中使用多孔陶瓷作为物理支撑,多孔陶瓷实体部分对气体扩散形成了阻碍,为修正其造成的影响,引入修正系数ω。通过建立几何模型求解,得到修正系数ω与多孔陶瓷孔隙当量直径与胶质层厚度之比η的关系式,为今后传质扩散理论夯实基础。

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