Определение коэффициента теплопроводности древесины.

Лабораторная работа № 12.

Цель: Научиться определять коэффициент теплопроводности древесины.

Задание: законспектировать данные

Общие сведения.

Теплопроводностью называется способность древесины проводить тепло. Для характеристики теплопроводности применяется коэффициент теплопроводности λ, который равен количеству тепла, проходящего в течение 1 ч через плоскую стенку площадью 1 м³и толщиной 1 м при разности температур на противоположных сторонах стенки в 1 °С, и имеет размерность Коэффициент теплопроводности, с увеличением температуры, влажности и плотности увеличивается. Вдоль волокон теплопроводность в 2 раза больше, чем поперёк.

Теплопроводность древесины зависит от температуры, влажности, плотности древесины и направления волокон. Вследствие пористого строения древесины теплопроводность невысока. С увеличением плотности теплопроводность древесины возрастает. Так как теплопроводность воды при одинаковой температуре в 23 раза меньше теплопроводности воздуха, теплопроводность древесины в сильной мере зависит от влажности, увеличиваясь, с ее возрастанием. С увеличением температуры теплопроводность древесины возрастает, причем это увеличение в большей мере выражено у влажной древесины. Теплопроводность древесины вдоль волокон значительно больше, чем поперек волокон.

В плоскости поперек волокон теплопроводность также зависит от направления, причем соотношение между теплопроводностью в радиальном λ_R и тангенциальном λ_т направлениях у разных пород различное. На величину этого соотношения оказывают влияние объем сердцевинных лучей и содержание поздней древесины. У пород с многочисленными сердцевинными лучами (дуб) λr>λ_г; у хвойных пород с небольшим объемом сердцевинных лучей, но имеющих высокий процент поздней древесины (лиственница), λ_т>λ_r. У лиственных пород с равномерным строением годичных слоев и сравнительно малочисленными короткими сердцевинными лучами, а также у остальных хвойных пород λr мало отличается от λ_т. Диаграмма (рис. 43) позволяет определить величину теплопроводности древесины сосны (р_усл =360 кГ/м³) в тангенциальном направлении при различной температуре и влажности. Данные, полученные по этой диаграмме, могут быть использованы после внесения соответствующих поправок для определения с достаточной для практических расчетов точностью теплопроводности древесины других пород при разных значениях плотности в трех главных направлениях теплового потока. Необходимое значение коэффициента теплопроводности можно установить по формуле:

где λ_ном —номинальное значение коэффициента теплопроводности при заданной температуре и влажности (определяется по диаграмме рис. 43). К_р — коэффициент, учитывающий условную плотность древесины; К_х — коэффициент, учитывающий направление теплового потока. Значения коэффициентов, входящих в эту формулу, определены для древесины сосны, березы и дуба.

Рис. 43. Диаграмма для определения теплопроводности древесины в тангенциальном направлении (сосна, Р_усл = 360 кг/м³).

Таблица 20. Значения коэффициента К_р, учитывающего изменение теплопроводности древесины от плотности.

В табл. 20 приведены значения коэффициента, учитывающего условную плотность древесины. Коэффициент К_х в тангенциальном направлении поперек волокон для всех пород принят равным 1,0, а в радиальном — 1,15; вдоль волокон для хвойных и рассеяннососудистых пород — 2,20, а для кольцесосудистых — 1,60.

Ход работы.

Определим теплопроводность березы вдоль волокон при температуре 50°С и влажности 70%. По диаграмме рис. 43 находим, что номинальное значение теплопроводности при указанном состоянии древесины равно 0,22 ккал/м х ч х град. По табл. 19 определяем условную плотность березы р_усл = 500 кг/м³. По табл. 20 находим величину коэффициента К_Р = 1,22. Значение коэффициента К_х в данном случае равно 2,20. Подставляем найденные значения с формулу и получаем величину теплопроводности березы вдоль волокон при заданных условиях:

Тааблица19

Контрольные вопросы.

1. Что такое теплопроводность.

2. Чему равен коэффициент теплопроводности.

3. От чего и как зависит теплопроводность древесины.

4. Определить теплопроводность сосны вдоль волокон при температуре 40°С и влажности 60%.

5. Определить теплопроводность кедра вдоль волокон при температуре 60°С и влажности 40%.

6. Формула для коэффициента теплопроводности.

7. Сделать вывод.