# Mathematical modelling of an industrial furnace for high-temperature heat treatment of wood

## Authors

• ### Afet Aysegul Osma,

1. Department of Applied Sciences, University of Quebec at Chicoutimi, 555, boul. de l'Université, Chicoutimi, QC, Canada G7H 2B1
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• ### Duygu Kocaefe,

Corresponding author
1. Department of Applied Sciences, University of Quebec at Chicoutimi, 555, boul. de l'Université, Chicoutimi, QC, Canada G7H 2B1
• Department of Applied Sciences, University of Quebec at Chicoutimi, 555, boul. de l'Université, Chicoutimi, QC, Canada G7H 2B1.
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• ### Yasar S. Kocaefe

1. Department of Applied Sciences, University of Quebec at Chicoutimi, 555, boul. de l'Université, Chicoutimi, QC, Canada G7H 2B1
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## Abstract

There are various high-temperature treatment methods for wood. In the “Bois Perdure” process, the thermal treatment of wood is carried out in a furnace by contacting it with hot combustion gases over 200°C without the addition of any chemicals in order to improve its dimensional stability and durability. The treatment eliminates free and bound water in the wood and modifies its molecular structure. In this study, a mathematical model describing the industrial furnace has been developed. The overall model consists of a 3-D unsteady-state sub-model which solves for the flow, heat, and mass transfer in the gas coupled with a 1-D unsteady-state sub-model which calculates the heat and mass transfer in the wood. The 3-D gas sub-model was developed using the commercial CFD code CFX. The 1-D wood sub-model is based on the solution of simultaneous heat and mass transfer equations (Luikov equations) using the implicit finite difference formulation. The model predicts the temperature and moisture distributions in the wood as well as the flow, heat, and moisture profiles in the gas. The model results are compared with the data obtained from the industrial furnace, and a good agreement was found between them.

## Abstract

Il existe différentes méthodes de traitement à températures élevées pour le bois. Dans le procédé «Bois Perdure», le traitement thermique du bois est réalisé dans un four par une mise en contact avec des gaz de combustion chaud à plus de 200°C sans ajout d'aucun produit chimique afin d'améliorer sa stabilité dimensionnelle et sa durabilité. Le traitement élimine l'eau libre et l'eau liée dans le bois et modifie sa structure moléculaire. Dans cette étude, un modèle mathématique décrivant le four industriel a été mis au point. Le modèle général comprend un sous-modèle en régime non-permanent tridimensionnel qui résout l'écoulement et les transferts de chaleur et de matière dans le gaz couplé à un sous-modèle en régime non-permanent unidimensionnel qui calcule le transfert de chaleur et de matière dans le bois. Le sous-modèle de gaz tridimensionnel est basé sur le code commercial CFX. Le sous-modèle de bois unidimensionnel repose sur la résolution des équations de transfert de chaleur et de matière simultané (équations de Luikov) à l'aide d'une formulation de différences finies implicite. Le modèle prédit les distributions de température et d'humidité dans le bois ainsi que les profils d'écoulement, de chaleur et d'humidité dans le gaz. Les résultats de modèle sont comparés aux données obtenues avec le four industriel et un bon accord a été trouvé entre eux.