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 λR и тангенциальном λт 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>λг; у хвойных пород с небольшим объемом сердцевинных лучей, но имеющих высокий процент поздней древесины (лиственница), λт>λr. У лиственных пород с равномерным строением годичных слоев и сравнительно малочисленными короткими сердцевинными лучами, а также у остальных хвойных пород λr мало отличается от λт. Диаграмма (рис. 43) позволяет определить величину теплопроводности древесины сосны (русл =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 λном —номинальное значение коэффициента теплопроводности при заданной температуре и влажности (определяется по диаграмме рис. 43). Кр — коэффициент, учитывающий условную плотность древесины; Кх — 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, Русл = 360 кг/м3).
Таблица 20. Значения коэффициента Кр, учитывающего изменение теплопроводности древесины от плотности.
| Условная плотность, кг 1м3 | Кр | Условная плотность, кг 1м3 | Кр |
| 0,98 | 1,22 | ||
| 1,00 | 1,36 | ||
| 1,02 | 1,56 | ||
| 1,05 | 1,86 | ||
| 1,12 |
В табл. 20 приведены значения коэффициента, учитывающего условную плотность древесины. Коэффициент Кх 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 русл = 500 кг/м3. По табл. 20 находим величину коэффициента КР = 1,22. Значение коэффициента Кх 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.