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木材热物性测试的理论与试验研究

王玉芝  
【摘要】:木材作为一种典型可燃物,其热物性参数对于研究可燃物酿成火灾的微观机理至关重要。因此,开展木材热物性的相关测试研究具有特别重要的意义。 本文首先介绍了在第二类边界条件下的一维非稳态导热模型的解析解,以及应用准稳态导热阶段的解求材料热物性所遇到误差问题。 接着在准稳态法热物性测试试验台上,分别对柳桉三夹板等以及不同含水率的红松、落叶松进行了旨在获得其热物性(导热系数、比热、热扩散系数)为目的的测试,获得了35℃~85℃温度下的木材热物性随温度、含水率变化的数据。 随后,本文建立了准稳态法热物性测试的计算模型,应用有限元软件ANSYS对试样内部的温度场、热流场进行了计算机数值模拟计算,利用试验和计算机数值模拟相结合的方法,得出在35℃~85℃范围内,木材的横纹导热系数、比热以及热扩散系数随温度、含水率变化的规律。 通过研究发现:在35℃~85℃范围内,木材的导热系数先随着温度升高而增大,当温度升高到70~80℃出现一个峰值,然后随着温度进一步升高呈减小的趋势;比热随着温度的升高一直增大;热扩散系数减小。在相同温度下,随着含水率的增加,木材的横纹导热系数不断增大,比热增大且其随着温度的增长速率也增大,而热扩散系数减小。 经误差分析得到,准稳态法测得的木材导热系数的相对误差为1.77%,比热的相对误差的范围为2.15%~3.55%,热扩散系数的相对误差的范围为2.4%~3.6%。 本文得到国家重点基础研究发展规划项目(2001CB409600)“火灾动力学演化与防治基础”资助。


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