Деревинозн ТД 2013-2014 / Лекц Деревинозн ТД / ДЕРЕВ ТД МОДУЛЬ 2 / ЛЕКЦІЯ 2-6
.docx``
НУБіП України
ННІ ЛіСПГ
ЛІСОГОСПОДАРСЬКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ТЕХНОЛОГІЇ ДЕРЕВООБРОБКИ
АНОТАЦІЇ ЛЕКЦІЙ З ДЕРЕВИНОЗНАВСТВА
для студентів 2-го курсу напряму деревооброблювальні технології
ЗМІСТОВНИЙ МОДУЛЬ № 2
ХІМІЧНІ ТА ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ
Лекція 2.6. ТЕМА: «ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ. ТЕПЛОВІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ: ТЕПЛОЄМНІСТЬ, ТЕПЛОПРОВІДНІСТЬ, ТЕМПЕРАТУРОПРОВІДНІСТЬ, ТЕПЛОВЕ РОЗШИРЕННЯ»
Виконавці:
зав. кафедри технології деревообробки, професор
Пінчевська О.О.,
асистент Буйських Н.В.,
доцент Зражва С.Г.
КИЇВ – 2013
ЛЕКЦІЯ 2.6. ТЕМА: «ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ. ТЕПЛОВІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ: ТЕПЛОЄМНІСТЬ, ТЕПЛОПРОВІДНІСТЬ, ТЕМПЕРАТУРОПРОВІДНІСТЬ, ТЕПЛОВЕ РОЗШИРЕННЯ»
План лекції
1. Основні теплові властивості деревини
2. Залежність теплофізичних властивостей деревини від щільності, вологості, температури та структурних напрямків
1. ОСНОВНІ ТЕПЛОВІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ
Теплоємність матеріалу характеризує його здатність акумулювати тепло. Показником є питома теплоємність (С, кДж/кг°С) - кількість теплоти, яку необхідно для того, щоб нагріти 1 кг маси матеріалу на 10 К (або на 10 С). Експериментально визначають калориметрами.
Теплопровідність та температуропровідність характеризують процеси розповсюдження (переносу) тепла в матеріалі. Їх описує рівняння стаціонарного теплообміну:
,
де Q – кількість теплоти, що розповсюджується внутрі тіла, крізь площу перетину – F, що перпендикулярна тепловому потоку, за час τ при перепаді температур - ∆t на двох ізотермічних поверхнях при відстані між ними - ∆x. Коефіцієнт теплопровідності (λ, Вт/(м°С) чисельно дорівнює кількості теплоти, що проходить через стінку з деревини площею 1 м2 і завтовшки 1м, за різниці температур на протилежних стінках в 1 °С. При стаціонарному теплообміні температурне поле в матеріалі залишається протягом часу постійним. Можна експериментально визначити його при стаціонарному потоці тепла.
Коефіцієнт
температуропровідності (α,
м2/с)
визначає інерційність матеріалу, тобто
його здатність вирівнювати температуру
в певному об’ємі. 
,
де α - коефіцієнт температуропровідності (м2/с), λ - коефіцієнт теплопровід-ності (Вт/(м°С), с - питома теплоємність (кДж/кг°С), ρ – щільність деревини (кг/м3).
Даний показник комплексний, що випливає з теплоємності і теплопровідності деревини; його фізична суть – швидкість поширення теплоти в деревині.
Показники, що характеризують теплові властивості деревини, використовуються для розрахунку процесів її нагрівання, сушіння, відтаювання, заморожування, втрат тепла крізь огородження з деревини.
2. ЗАЛЕЖНІСТЬ ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ДЕРЕВИНИ ВІД ЩІЛЬНОСТІ, ВОЛОГОСТІ, ТЕМПЕРАТУРИ ТА СТРУКТУРНИХ НАПРЯМКІВ
Теплоємність сухої деревини практично дорівнює теплоємності деревинної речовини і при 00С- 1,55 кДж/кг °С.
З підвищенням температури питома теплоємність деревини декілька підвищується за лінійним законом, а при температурі 100 °С збільшується на 25%.
Волога має більший вплив: збільшення вологи деревини від 0 до 130% приводить до збільшення темплоємності у 2 рази. Одночасний вплив вологості та температури видно на діаграмі Серговського П.С. (рис. 1).
На теплопровідність деревини впливає щільність. Найбільша -1530 кг/м3, що дорівнює щільності деревинної речовини має найбільшу теплопровідність - 0,5 Вт/(м °С).
Рис.
1.
Теплопровідність сухої деревини уздовж волокон в 1,5-2 рази більше, ніж поперек. За експериментальними даними практично немає різниці між теплопровідністю в радіальному і тангенційному напрямках. Тільки у листяних з великим об’ємом серцевинних променів (дуб, бук) в тангенційному напрямі більше на 15%.
Зволоження деревини, тобто заміщення повітря, що знаходиться в ній водою, яка має у 23 рази більшу теплопровідність, приводить до збільшення теплопровідності (рис. 2 - за Уголєвим Б.Н.).
Підвищення температури вологої деревини приводить до ще більшого збільшення теплопровідності.
Рис.
2.
У діаграмі для деревини берези; подано значення коефіцієнтів і для від’ємних температур. Якщо в деревині присутня вільна вода, то теплопровідність льоду у 4 рази більша за воду, тому виникає стрибкоподібне збільшення теплопровідності. При вологості менше за Wмн - такого немає (замерзає незначна кількість зв’язаної води).
У абсолютно сухої деревини із зменшенням щільності коеф. температуропровідності збільшується - тому, що збільшується частина повітря в одиниці об’єму, яке має температуропровідність у 100 разів більшу за деревинну речовину.
Рис. 3. Діаграма питомої теплоємності деревини
Температуропровідність деревини.
У абсолютно сухої деревини із зменшенням щільності коефіцієнт температуропровідності збільшується - тому, що збільшується частина повітря в одиниці об’єму, яке має температуропровідність у 100 разів більшу за деревинну речовину. Збільшення вмісту вільної води приводить до різкого падіння температуропровідності, тому що повітря в порожнинах клітин заміщується водою, яка має коефіцієнт температуропровідності у 150 разів менше за повітря.
При вологості нижче за Wм.н. впливу вологості на коефіцієнт температуропровідності не спостерігається - в клітинній стінці повітря майже немає, присутні зв’язана вода і деревинна речовина, коефіцієнти температуропровідності яких близькі.
Теплове розширення деревини. При нагріванні твердих матеріалів ( і деревини) відбувається збільшення їх об’єму.
Коефіцієнт лінійного теплового розширення являє собою зміну одиниці довжини тіла при нагріванні його на 1 °С. Внаслідок анізотропії коефіцієнт теплового розширення різні за трьома структурними напрямками. Залежність як у коефіцієнт усушки - поперек волокон у 10-15 більше, ніж уздовж волокон, а в тангенційному напрямку у 1,5-1,8 разів більша за радіальний.
Коефіцієнт лінійного розширення уздовж волокон деревини складає 1/3-1/10 частину коефіцієнтів теплового розширення металів, бетону, скла.
При нагріванні вологої деревини крім теплового розширення одночасно відбувається значно більша вологісна деформація, що пов’язана із зміною гігроскопічної вологості. Зміна гігроскопічної вологості на 1% призводить до деформації, в десятки разів більшої, ніж від зміни температури на 10 0С.