Дерево расширяется от тепла

Тепловое расширение, теплопроводность древесины

Теплопроводность древесины, как и других материалов, оценивается коэффициентом теплопроводности, выражающим количество тепла в калориях, проходящее в течение 1 часа через пластину площадью 1 м 2 , толщиной 1 м при разности температур с обеих сторон пластин в 1° (табл. 14).

Таблица 14 Теплопроводность различных древесных материалов (в воздушносухом состоянии)

Порода дерева или древесный материал	Коэфициент теплопроводности Ккал/м2 час °C м
	поперек волокон	вдоль волокон
Балинит	0,15	0,20
Дельта-древесина	0,13	0,17
Дуб	0,20	0,35
Ель	0,13	0,31
Клен	0,15	0,37
Сосна	0,13	0,31
Уплотненная древесина	—	0,32

Древесина обладает слабой теплопроводностью, особенно в сухом состоянии. С повышением объемного веса и влажности теплопроводность повышается. Так, например, при увеличении влажности древесины с 5 до 15% коэффициент теплопроводности увеличивается на . 10%.

В направлении волокон теплопроводность древесины обычно больше, чем в· направлении поперек волокон.

Тепловое расширение.

Тепловое расширение древесины характеризуется коэффициентом линейного расширения. Коэффициент линейного расширения у древесины в различных направлениях различен (см. табл. 15), наименьшее его значение вдоль волокон. (11 · 10 -7 —65 · 10 -7 ), наибольшее – тангентальном направлении (27 · 10 -6 —61*10 -6 ). Вдоль волокон коэффициент линейного расширения древесины значительно меньше, а поперек волокон значительно больше, чем у железа и меди.

Таблица 15 Коэффициенты линейного расширения древесины

Порода дерева	Вдоль волокон	Поперек волокон	В радиальном направлении	В тангентальном направлении
Береза желтая	0,0000025	—	0,0000272	0,000030
Граб	0,000006	—	—	—
Дуб	0,0000036	—	0,0000293	0,0000419
Ель	0,0000054	0,0000341	—	—
Каштан	0,0000065	0,0000325	—	—
Красное дерево	0,0000036	0,0000405	—	—
Липа	0,0000054	0,0000444	—	—
Пихта	0,0000037	0,0000584	—	—
Сосна	0,0000051	—	0,0000514	—
Тюльпанное дерево	0,0000017	—	0,0000242	0,0000267
Ясень	0,0000011	—	—	—

Изменением размеров древесины от нагревания практически можно пренебречь, так как ввиду незначительности коэффициента линейного расширения оно намного меньше изменений ее размеров от усушки или разбухания.

Теплоемкость древесины (удельная теплота) представляет собой отношение количества тепла, необходимого для поднятия температуры единицы веса древесины на 1°, к количеству тепла, потребному для поднятия температуры такой же единицы воды на 1°.

Теплоемкость древесины в абсолютно сухом состоянии почти не зависит от породы дерева и в пределах от 0 до 106° равняется 0,327. Теплоемкость несухой древесины слагается из теплоемкости абсолютно сухой древесины и теплоемкости находящейся в ней воды.

С повышением температуры и влажности теплоемкость древесины увеличивается. Для определения теплоемкости древесины при любой ее влажности и температуре можно пользоваться следующей формулой:

C_w = 26,6+0,116t+w/(100+w) Ккал/кг °С

где C_w — теплоемкость древесины при заданной влажности, W— влажность древесины, t — температура ее.

Источник

Вопрос 14 Теплоемкость и тепловое расширение древесины:

Коэффициент теплового расширения абсолютно сухой древесины положителен для всех структурных направлений, т.е. древесина расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Коэффициент линейного теплового расширения, т.е. условное изменение размеров образца при нагревании на 1°С, вдоль волокон не превосходит 5,7-10,6 на 1°С. Коэффициенты линейного расширения поперек волокон в 5. 15 раз больше. Но для образцов влажной древесины нагревание может привести к сокращению размеров из-за уменьшения степени набухания клеточных стенок при сушке древесины.

Теплоемкость древесины (удельная теплота) представляет собой отношение количества тепла, необходимого для поднятия температуры единицы веса древесины на 1°, к количеству тепла, потребному для поднятия температуры такой же единицы воды на 1°.

Теплоемкость древесины в абсолютно сухом состоянии почти не зависит от породы дерева и в пределах от 0 до 106° равняется 0,327. Теплоемкость несухой древесины слагается из теплоемкости абсолютно сухой древесины и теплоемкости находящейся в ней воды.

С повышением температуры и влажности теплоемкость древесины увеличивается. Для определения теплоемкости древесины при любой ее влажности и температуре можно пользоваться следующей формулой:

Cw = 26,6+0,116t+w/(100+w) Ккал/кг °С

где Cw — теплоемкость древесины при заданной влажности, W— влажность древесины, t — температура ее.

Вопрос 15 Сухое и влажное хранение круглых лесоматериалов

Для влажного способа характерно применение для лесоматериалов, предназначающихся для распилки, производства рудничной стойки и балансов, а также лущения и строгания. По ГОСТ 9014.1-78 производится защита древесины способом дождевания. Данный способ должен обеспечивать сохранность влажности древесины в коре на протяжении всего теплого периода. К таким способам относятся: плотная укладка с окоркой, затенение торцов, замораживание, дождевание, плотная укладка с сохранением коры в хлыстах и прочее.

Для предварительно окоренных лесных материалов используется сухой способ хранения. Для этого материалы укладывают в штабеля, потом затеняют и замазывают торцы. Необходимо учитывать данные о стойкости древесных пород против грибов, насекомых и растрескивания при выборе способа защиты и хранения лесоматериалов.

Вопрос 16 Формы влаги в древесине, влагопоглощение, водопоглощение, предел гигроскопичности.

Различают две формы влаги, содержащейся в древесине: связанную (или гигроскопическую) и свободную. Связанная (адсорбционная и микрокапиллярная) влага находится в толще клеточных оболочек, свободная влага содержится в полостях клеток и в межклеточных пространствах. Связанная влага удерживается в основном физико-химическими связями; ее удаление сопряжено со значительными затратами энергии и существенно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная влага удерживается только физико-механическими связями, удаляется значительно легче и оказывает меньшее влияние на свойства древесины. Состояние древесины, при котором в клеточных оболочках содержится максимальное количество связанной влаги, а свободной влаги нет, называется пределом гигроскопичности Wnr.

Способность древесины поглощать влагу из окружающего воздуха называется влагопоглощением. В первой стадии поглощения молекулы водяного пара из воздуха адсорбируются активной поверхностью микрофибрилл, находящихся в клеточной оболочке.

Вследствие пористого строения при непосредственном контакте с капельножидкой влагой древесина способна увеличивать свою влажность. Это свойство древесины называется водопоглощением. Максимальная влажность, которой достигает погруженная в воду древесина, складывается из предельного количества связанной влаги (предел гигроскопичности) и наибольшего количества свободной влаги. Вполне очевидно, что это количество свободной влаги зависит от объема полостей в древесине поэтому чем больше плотность древесины, тем меньше ее влажность, характеризующая максимальное водопоглощение. Максимальная влажность может быть подсчитана по формуле:

где ро — плотность в абсолютно сухом состоянии; 1,54 — относительная плотность древесинного вещества; 30 — влажность при пределе гигроскопичности, %. Формула эта приближенная, так как влажность Wm и относительная плотность древесинного вещества взяты средние.

Источник

Тепловые свойства древесины

К теплофизическим свойствам древесины относятся теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение. Теплоемкость- представляющая собой количество теплоты, необходимое для того, чтобы нагреть 1 кг массы материала на на 1 °С. Удельная теплоемкость измеряется в кДж/(кг°С). Процессы распространения (переноса) тепла в материале характери­зуются — коэффициентами теплопроводности и температуропроводности. Первый из них входит в уравнение стационарного теплообмена

устанавливающее связь между количеством теплоты Q, распространяю­щейся внутри тела, и площадью сечения F, перпендикулярного тепловому потоку, временем т, перепадом температур At на двух изотермических поверхностях, а также расстоянием между ними Ах. Коэффициент теплопроводности X численно равен количеству теплоты, прохо­дящей в единицу времени через стенку из данного материала площадью 1 м 2 и толщиной 1 м при разности температур на противоположных сторо­нах стенки в 1 °С. Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м-°С). Второй из указанных выше показателей, характеризует скорость из­менения температуры материала при нестационарном теплообмене (нагре­вании или охлаждении). Коэффициент температуропровод­ности а определяет инерционность материала, т. е. его способность выравнивать температуру. Показатель а, м 2 /с, численно равен отношению ко­эффициента теплопроводности к теплоемкости единицы объема материала:

где р — плотность, кг/м 3 . Экспериментально удельную теплоемкость материала определяют калориметрами.

Теплоемкость древесины. Сухая древесина представляет собой двухфазную систему, включающую в себя древесинное вещество и воздух. Однако доля воздуха (по массе) в древесине крайне мала, и теплоемкость сухой древесины практически равна теплоемкости древесинного вещества. Поскольку состав древесинного вещества у всех пород одинаков, удельная теплоемкость древесины не зависит от породы и по современным данным при О°С для абсолютно сухой древесины равна 1,55 кДж/кг°С. С повышением температуры удельная теплоемкость древесины несколько воз­растает по линейному закону и при 100 °С увеличивается примерно на 25 %. Значительно сильнее влияет на теплоемкость увлажнение древесины. Например, увеличение влажности древесины от 0 до 130 % приводит к по­вышению теплоемкости примерно в 2 раза. Теплопроводность древесины. На способность древесины прово­дить тепло оказывает влияние ее плотность. Ловецкий рассчитал коэффициент теплопроводности древесинного вещества, рассматривая древесину как набор пустотелых стержней прямоугольного сечения и используя экспериментальные данные о теплопроводности древесины березы. Увеличение плотности сухой древесины, приводит к возрас­танию теплопроводности древесины. Это объясняется тем, что древесин­ное вещество имеет примерно в 20 раз больший коэффициент теплопроводности, чем воздух. Можно рассчитать теплопроводность древе­синного вещества по теплопроводности древесины, вдоль волокон, полагая, что тепло передается параллельно по клеточным стенкам и возду­ху, заключенному в полостях клеток. Поскольку микрофибриллы ориентированы преимущественно вдоль оси клеток, теплопроводность в этом направлении примерно в 1,5-2 раза выше, чем в поперечном направлении. Поздняя древесина, особенно у хвойных пород, более плот­ная, чем ранняя. Уве­личению теплопроводности в радиальном направлении способствуют сердцевинные лучи с преимущественным расположением микрофибрилл вдоль длины луча. Повышение температуры влажной древесины приводит к еще боль­шему увеличению теплопроводности.

Температуропроводность древесины. Увеличение содержания свободной воды (W > W_{n и}) приводит к резкому падению температуропроводности, потому, что воздух в полостях клеток замещается водой, имеющей примерно в 150 раз меньший коэффициент температуропроводности. Влияние влажности на величину а практически не наблюдается. Это объясняется тем, что воздуха в клеточных стенках почти нет, и влажная клеточная стенка состоит из двух фаз — древесинного вещества и воды, коэффициенты температуропроводности которых до­вольно близки.

Тепловое расширение древесины. При нагревании твердых мате­риалов происходит увеличение их объема. Ко­эффициен т линейного теплового расширения а представляет собой изме­нение единицы длины тела при нагревании его на 1 °С. Наименьший коэффициент линейного расширения в направлении вдоль волокон. Тепловое рас­ширение поперек волокон значительно больше, причем в тангенциальном направлении оно обычно в 1,5-1,8 раза выше, чем в радиальном. Коэффициент линейного расширения вдоль волокон древесины составляет 1/3 — 1/10 коэффициен­тов теплового расширения металлов, бетона и стекла. При нагревании влажной древесины вы­званного повышением температуры, одновременно происходит значитель­но большая влажностная деформация. Изменение влажности на 1 % в об­ласти ниже W_n „ вызывает деформацию в десятки раз большую, чем изме­нение температуры на 1 °С, Таким образом, усушка и разбухание маски­руют чисто температурные деформации древесины поперек волокон. Если повышается температура свежесрубленной древесины, находящейся в во­де, то при первом нагреве происходит увеличение размеров в тангенциаль­ном направлении и сокращение их в радиальном. При последующих нагре­ваниях наблюдается некоторое уменьшение размеров в обоих направлени­ях. Причина увеличения деформации при первом нагреве, очевидно, за­ключается в снятии внутренних напряжений роста. В растущем дереве в тангенциальном направлении действуют сжимающие напряжения, поэтому при снятии их обнаруживается удлинение образца в этом направлении. В радиальном направлении происходит обратное явление.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник