木材干燥的多場耦合建模仿真與優(yōu)化研究.pdf

1、木材生產(chǎn)過程中木材干燥是能耗最大的工序。隨著木材干燥技術(shù)的提高以及木材干燥設(shè)備系統(tǒng)集成度的增加,木材干燥過程中不同性質(zhì)或狀態(tài)的材料相互影響以及不同物理域的耦合作用,干燥系統(tǒng)越來越復(fù)雜,迫切需要引入木材干燥過程與設(shè)備的先進(jìn)分析方法、設(shè)計(jì)模型和設(shè)計(jì)思想。
　　 本文針對木材干燥系統(tǒng)的多場耦合現(xiàn)象與設(shè)計(jì)優(yōu)化問題,提出了實(shí)際工作狀態(tài)下木材干燥系統(tǒng)的多場耦合建模與分析方法；以提高木材干燥性能為目的,進(jìn)行了多系統(tǒng)整體優(yōu)化與導(dǎo)流裝置設(shè)計(jì)研究,

2、并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 基于Reynolds時(shí)均方程建立了干燥窯的空氣流動(dòng)模型,構(gòu)建干燥窯內(nèi)空氣流動(dòng)與換熱的基本控制方程。建立了木材干燥過程的水分遷移模型和熱傳導(dǎo)方程,完成了對木材干燥過程的機(jī)理性描述。
　　 提出了木材干燥窯的熱-力耦合模型和流.固耦合模型,利用數(shù)值方法對木材干燥的多場耦合方程進(jìn)行了求解,得到了干燥窯內(nèi)流體和溫度的宏觀分布。為更進(jìn)一步研究木材干燥過程的微觀特性,建立了木材微觀結(jié)構(gòu)的元胞自動(dòng)機(jī)模型,采用

3、元胞自動(dòng)機(jī)的自組織局部規(guī)則模擬了干燥過程中木材的水分遷移微觀機(jī)理,為實(shí)現(xiàn)多場環(huán)境木材干燥系統(tǒng)的性能表征、復(fù)雜動(dòng)態(tài)性能的仿真及設(shè)計(jì)優(yōu)化等工程目標(biāo)提供了可能。
　　 考慮到木材干燥過程中存在多種不確定性,基于隨機(jī)攝動(dòng)技術(shù)定量計(jì)算了木材的材料隨機(jī)性、尺寸隨機(jī)性和導(dǎo)流板對干燥過程的影響,以概率思想表達(dá)了木材實(shí)際干燥過程所帶來的隨機(jī)差異對其干燥過程和性能的影響,獲得了對木材干燥過程最為關(guān)鍵的參數(shù)組合。
　　 為優(yōu)化木材干燥系統(tǒng)的整

4、體性能,將多場一體化優(yōu)化方法引入木材干燥系統(tǒng)的宏觀參數(shù)優(yōu)化中?；陔S機(jī)攝動(dòng)分析獲得的信息,建立了木材干燥系統(tǒng)的優(yōu)化模型,設(shè)計(jì)了木材干燥系統(tǒng)的多學(xué)科優(yōu)化算法。優(yōu)化結(jié)果表明,通過優(yōu)化得到了較為合理的干燥參數(shù)組合,優(yōu)化了木材干燥系統(tǒng)的性能。
　　 為更進(jìn)一步提高干燥窯內(nèi)氣體流動(dòng)均勻性和增強(qiáng)干燥效果,進(jìn)行了導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化。建立了導(dǎo)流板拓?fù)鋬?yōu)化模型,對模型進(jìn)行了求解。導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)果表明,優(yōu)化以后的導(dǎo)流板輸出風(fēng)速有了較大提高