Как известно, вода со свободной поверхности испаряется только при наличии разности в давлениях водяного пара у поверхности воды и в окружающем воздухе.
Давление пара у поверхности воды всегда соответствует парциальному давлению пара при полном насыщении, а давление пара в воздухе зависит от относительной влажности воздуха или степени его насыщения.
Количество воды, испаряемой в единицу времени со свободной поверхности, находится в пропорциональной зависимости от площади испаряющей поверхности, скорости движения атмосферного воздуха, недостатка насыщения и барометрического давления.
При испарении воды из древесины эта зависимость в полной мере сохраняется только на ограниченном отрезке времени, когда на поверхности сушимого материала имеется вода в свободном состоянии и давление водяного пара над материалом равно его давлению при полном насыщении. После потери поверхностными слоями древесины капиллярной воды давление пара над испаряющей поверхностью падает, а скорость испарения резко замедляется, но совсем не прекращается до тех пор, пока влага из внутренних слоев древесины не перестанет поступать к поверхностным.
Однако это не означает, что при сушке древесины первоначально испаряется вся капиллярная вода, а затем равномерно удаляется гигроскопическая влага. Если бы дело обстояло так, то древесина во время сушки не имела бы никаких деформаций и сам процесс сушки был бы до крайности прост. В действительности влага в древесине передвигается по более сложной схеме.
Наиболее полно процессы перемещения влаги в сушимых материалах, в том числе и в древесине, исследованы Хоулеем, Лыковым, Шервудом, Тиманом, Федоровым, Постновым, Кречетовым, Серговским и др.
Влага внутри высушиваемой древесины перемещается как в форме жидкости, так и в виде пара. Движение влаги происходит под влиянием сил диффузии и термодиффузии, стремящихся равномерно распределить воду по всему объему сушимого материала. Скорость диффузии, согласно закону Фика, пропорциональна разности давления пара и концентрации влаги в смежных точках. Если коэффициент диффузии жидкости и пара принять постоянными для данной породы древесины, то скорость передвижения воды будет определяться градиентом влажности и градиентом температуры. При сушке древесины атмосферным воздухом решающее значение имеет градиент влажности, при котором возникает концентрационная диффузия влаги в материале. Важное значение для перемещения воды по древесине имеет также капиллярный потенциал. В самом деле, в первый период сушки из поверхностных слоев древесины удаляется вся свободная вода и некоторое ничтожно малое количество гигроскопической воды. Как только поверхностные клетки древесины начнут отдавать гигроскопическую влагу, диаметр межкристаллитных каналов уменьшается, возрастают капиллярные силы, засасывающие свободную воду из полостей клеток прилежащих глубинных слоев древесины. Постепенно в возникшую систему движения воды могут включиться новые слои древесины, пока глубина нормали, по которой диффундирует влага, не достигнет примерно половины толщины сушимого материала.
Если количество воды, испаряющейся с поверхности материала, будет меньше или равно количеству воды, подводимой к поверхности по межкристаллитным каналам, то устанавливается непрерывный ток свободной воды в жидкой фазе по направлению от центра к периферии.
В противном случае в отдельных клетках или слоях древесины произойдет разрыв образовавшегося потока, подобно разрыву струи в линии всасывания центробежных насосов, и дальнейшее передвижение свободной воды из глубинных слоев будет возможно только путем неоднократных переходов воды из жидкого состояния в парообразное и наоборот.
Передвижение свободной воды в жидкой фазе возможно только при незначительном градиенте влажности. Практически установить соответствие между скоростью испарения воды с поверхности и скоростью передвижения ее в сушимом материале очень трудно, поэтому некоторая часть капиллярной воды и вся гигроскопическая передвигаются по древесине в смещенном состоянии в виде жидкости и в виде пара. Чем меньше влажность, тем большее количество перемещающейся влаги приходится на долю пара.
Капиллярная влага по мере передвижения из середины материала к сухой его поверхности занимает место воды гигроскопической. При перемещении воды по материалу с влажностью ниже гигроскопической точки, возникают дополнительные силы трения, препятствующие передвижению и вызывающие дополнительный расход тепловой энергии. Этим объясняется постепенное падение скорости сушки по мере уменьшения влажности сушимого материала.
В процессе сушки влага в древесине распределяется по определенным законам как по толщине, так и по длине сушимых сортиментов, в зависимости от состояния поверхности, размеров поперечного сечения и процентного содержания ядровой или спелой древесины.
В неокоренных бревнах градиент влажности устанавливается по длине бревен, а влага передвигается по заболони к испаряющим поверхностям торцов. У бревен, окоренных до луба, также сохраняется некоторый градиент по длине бревен, но вода испаряется со всей поверхности бревна. В чисто окоренных бревнах основное движение влаги идет в радиальном направлении и градиент влажности устанавливается по диаметру сушимого материала. В непосредственной близости от торцов заметно некоторое падение влажности по сравнению со срединной частью.
Сушить можно только лесные материалы, предварительно окоренные до луба или древесины. Распределение влаги по толщине сушимого материала все время меняется и постепенно выравнивается, приближаясь к равновесной влажности воздуха.
Теоретически сушка заканчивается только тогда, когда давление водяного пара на поверхности сушимого материала будет равно давлению водяных паров в атмосферном воздухе. Практически влажность материала в конце сушки всегда выше равновесной влажности.
При длительном выдерживании древесины на открытом воздухе температура ее выравнивается по всему объему. Поэтому температурный градиент при воздушной сушке не может играть существенной роли.
В первый период сушки температура древесины равна температуре мокрого термометра, в конце процесса она постепенно приближается к температуре воздуха.
При непосредственном солнечном освещении сушимого материала температура на его поверхности может быть значительно больше температуры глубинных участков. Это обязательно вызовет термоимпульс для термодиффузии влаги в направлении от периферии к центру. Это противоположное движение воды под влиянием термодиффузии будет отрицательно сказываться на скорости сушки. С другой стороны, повышение температуры сушимого материала должно уменьшать вязкость воды, то есть способствовать перемещению ее по древесине и ускорять испарение с поверхности.
Последнее вызывает дополнительные напряжении в поверхностных слоях древесины и в ряде случаев приводят к ее растрескиванию.