Методические указания к проведению практических занятий для

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 5Следующая ⇒

ФИЗИКА ДРЕВЕСИНЫ

Методические указания к проведению практических занятий для

Бакалавров направления 35.03.02 «Технология лесозаготовительных

и деревоперерабатывающих производств», профилей подготовки «Технология деревообработки», «Лесоинженерное дело» очной,

Очной ускоренной, заочной и заочной ускоренной форм обучения

Красноярск 2014

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический

университет»

________________________________________________________

Физика древесины

Методические указания к проведению практических занятий для

Бакалавров направления 35.03.02 «Технология лесозаготовительных

и деревоперерабатывающих производств», профилей подготовки «Технология деревообработки», «Лесоинженерное дело» очной,

Очной ускоренной, заочной и заочной ускоренной форм обучения

Красноярск 2014

Физика древесины: методические указания к проведению практических занятий для бакалавров направления 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств», профилей подготовки «Технология деревообработки», «Лесоинженерное дело» очной, очной ускоренной, заочной и заочной ускоренной форм обучения.- Красноярск: СибГТУ, 2014. - 25 с.

Составитель: докт. техн. наук, профессор Ермолин В.Н.

Рецензент: канд. техн. наук, доцент, Н.А. Романова

(научно - методический совет СибГТУ)

Одобрено и рекомендовано к печати редакционно-издательским

советом СибГТУ

© Ермолин В.Н, 2014

© ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», 2014

Содержание

Введение………………………………………………………………..5

Практическое занятие 1. Определение расхода теплоты на нагревание древесины при начальной положительной и отрицательной температуре…………………………………………………………………5

1.1 Удельная теплоемкость древесины……………………………. 5

1.2 Коэффициент теплопроводности древесины………………… 8

Практическое занятие 2.Расчет процессов теплообмена древеси-

ны при граничных условиях I, III рода. Термическое сопротивле-

ние древесииы……………………………………………………….………9

2.1 Нагревание (охлаждение) древесных сортиментов при граничных условиях I рода……………………………………………………..10

2.2 Нагревание (охлаждение) древесных сортиментов при граничных условиях III рода…………………………………………………… 12

2.3 Дифференциальная теплота в процессе теплообмена при

граничных условиях I рода………………………………………………14

2.4 Дифференциальная теплота в процессе теплообмена при граничных условиях III рода………………………………………………..15

2.5 Диаграмма состояния влажного воздуха………………….….17

2.6 Термическое сопротивление ограждающих конструкций из

древесины…………………………………………………………………18

Практическое занятие 3. Устойчивая влажность и влагопроводность древесины. Расчет процесса увлажнения древесины…………………..19

3.1 Устойчивая влажность и влагопроводность древесины……...19

3.2 Расчет процессов увлажнения (высыхания) древесины……..…20

Ключевые слова………………………………………………………23

Библиографический список………………………………………… 23

Приложение А (справочное). hd – диаграмма………………….… 24

Введение

Практические занятия являются важной составляющей при изучении раздела «Физика древесины», призванного для закрепления теоретических знаний и приобретения практических навыков в проведении расчетов.

Цель практических занятий - научиться определять тепловые и влажностные коэффициенты древесины, овладеть методикой расчетов процессов теплообмена и массообмена древесины.

Практические занятия разделены на темы: «Тепловые свойства древесины», «Теплообмен древесины», «Вода в древесине». По каждой теме предусмотрено выполнение контрольных заданий. Выполнение этих заданий является необходимым условием для получения зачета.

Выполнение практических занятий направлено на формирование следующих компетенций:

ОК 10: использование основных естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;

ПК 4: готовность обосновывать принятие конкретного технического решения при разработке технологических процессов и изделий.

Практическое занятие 1

Практическое занятие 2

Расчет процессов теплообмена древесины при граничных условиях I, III рода. Термическое сопротивление древесины (8 ч)

Цель занятий: научиться производить расчеты процесса нагревания (охлаждения) древесных сортиментов и дифференциальной теплоты в процессе теплообмена при граничных условиях I и III рода, а также освоить методики расчета строительной теплофизики.

Каждому студенту выдают индивидуальные контрольные задания по расчету нагревания (охлаждения) древесных сортиментов и дифференциальной теплоты при граничных условиях I и III рода, термодинамике влажного воздуха, термическому сопротивлению ограждающих конструкций из древесины.

Граничных условиях I рода

Граничные условия I рода имеют место при теплообмене древесины в жидкой среде или в процессе её нагревания в насыщенном паре с конденсацией. Расчет в данных условиях представляет собой решение критериального уравнения:

К = f (F₀; r/R) - для неограниченного цилиндра;

K = f (F₀; x/R) - для неограниченной пластины.

При тепловой обработке древесины, которая выполняется при граничных условиях I рода, наиболее часто требуется установить следующий параметр - время, которое необходимо для нагревания древесины в заданной точке сортимента до требуемой температуры t_x. Этот расчет выполняется следующим образом.

Последовательность расчета:

1 Для древесины заданной породы, влажности и средней температуры необходимо определить следующие параметры:

1.1 Коэффициент теплопроводности древесины - λ. (Его вычисляют по формуле (1.6) и диаграмме, представленной на рисунке 3.)

1.2 Удельную теплоемкость древесины - с. (Определяют по диаграмме, приведенной на рисунке 1.)

1.3 Плотность древесины - ρ_w. (Определяют по диаграмме, приведенной на рисунке 2.)

2 Рассчитать безразмерную температуру:

при нагревании , (2.1)

при охлаждении , (2.2)

где t_c - температура среды;

- температура в заданной точке сортимента;

t_о - начальная температура древесины.

3 Рассчитать коэффициент температуропроводности древесины а, м²/с.

а = λ/сρ_w. (2.3)

Размерность удельной теплоемкости должна быть – Дж/(кг∙град).

4 Вычислить безразмерную координату, которая составляет:

для неограниченного цилиндра - r/R; (2.4)

для неограниченной пластины - x/R. (2.5)

где R - определяющий размер сортимента, м;

r, x - расстояние от центра до заданной точки.

5 По номограмме, приведенной на рисунке 4, определить численное значение F_о критерия (критерий Фурье).

а

а

б

Рисунок 4 - Номограмма зависимости К = f (х/R; F_о) при граничных условиях I рода: а - неограниченная пластина; б - неограниченный цилиндр

6 Из формулы критерия Фурье (формула 2.6) определить искомое время (τ).

F_о = аτ /R², (2.6)

Граничных условиях III рода

Граничные условия III рода имеют место при теплообмене древесины в газообразной среде. Расчет процесса теплообмена при таких условиях представляет собой решение следующего критериального уравнения:

K = f (F₀; Bi; x/R). (2.7)

Последовательность выполнения расчета:

1 Для древесины заданной породы, влажности и средней температуры определить: плотность, удельную теплоемкость, коэффициент теплопроводности и коэффициент температуропроводности древесины (Вычисления аналогичны приведенным в п. 2.1).

2 Рассчитать коэффициент конвективного теплообмена, Вт/м^{2 о}С.

α = 5,6 + 4υ. (2.8)

где υ – скорость циркуляции воздуха, м/с.

3 Рассчитать значение критерия Био

. (2.9)

4 С использованием номограмм, приведенным на рисунках 5, 6, можно вычислить следующие параметры:

4.1 Время (τ), которое необходимо для достижения требуемой температуры в заданной точке древесного сортимента;

4.2 Температуру (t), в заданной точке древесного сортимента после его нагревания в течение заданного времени.

Для случая 4.1 необходимо сделать следующие вычисления:

а) вычислить величину безразмерной температуры - К;

б) по номограмме (рисунок 4), по безразмерной температуре К и по вычисленному значению критерия Био определить значение критерия Фурье. Из формулы критерия Фурье (формула 2.6) определить искомое время (τ).

Для случая 4.2 необходимо сделать следующие вычисления:

а) вычислить значения критериев Фурье (формула 2.6) и Био (формула 2.9);

Рисунок 5 - Номограмма температурного поля в середине неограниченной пластины при граничных условиях III рода

Рисунок 6 - Номограмма температурного поля на поверхности неограниченной пластины при граничных условиях III рода

б) по вычисленным значениям критериев F_о и Bi, по номограмме (рисунок 4) определить величину безразмерной температуры - К. Из формул (2.1) или (2.2) определить искомое значение температуры (t), в заданной точке древесного сортимента.

Последовательность расчета:

1 Для заданной породы, влажности и средней температуры определить: плотность, удельную теплоемкость, коэффициент теплопроводности, коэффициент температуропроводности (последовательность вычислений приведена в 2.1) и коэффициент теплообмена (формула 2.8).

2 Вычислить значение критерия Био (формула 2.9).

3 Для заданных значений времени: τ_{1 ,} τ_{2 ,} τ₃ и т.д. рассчитать величины значений критерия Фурье (формула 2.6).

4 По диаграмме (рисунок 8) определить значения критерия интенсивности изменения энтальпии .

5 Рассчитать значения дифференциальной теплоты для заданных моментов времени по формуле (2.10).

6 Построить график изменения дифференциальной теплоты во времени, т.е. = f(τ).

.

а

б

Рисунок 8 - Диаграмма критерия интенсивности изменения

энтальпии при граничных условиях III рода: а - для цилиндра,

б - для пластины

Последовательность расчета

1 Для заданных расчетных значений температуры и влажности воздуха внутри и снаружи здания определить величину равновесной влажности древесины на внутренней и наружной поверхности стены (рисунок 9). Для средней влажности и температуры древесины определить коэффициент теплопроводности древесины.

2 С использованием формулы 2.13 определить толщину стены из расчета того, что полное термическое сопротивление стены R_п должно быть не меньше, чем задано в условиях задачи.

3 Рассчитать температуру на внутренней поверхности стены t_св по формуле 2.14.

4 С использованием hd – диаграммы (Приложение А) для воздуха внутри помещения определить температуру точки росы t_р. Должно соблюдаться соотношение t_св > t_р.

Практическое занятие 3

Устойчивая влажность и влагопроводность древесины. Расчет процесса увлажнения древесины (4 ч)

Цель занятий: научиться определять устойчивую влажность, влагопроводность древесины, освоить методику расчета процессов увлажнения и высыхания древесины.

Каждому студенту выдается индивидуальное контрольное задание по определению показателей гигроскопических свойств и расчету процесса увлажнения древесины.

Последовательность расчета

1 Для древесины заданной породы и температуры по диаграмме (рисунок 10) определить коэффициент влагопроводности а′_t.Если указано в условиях задачи, по формуле (3.4) его следует пересчитать в радиальном направлении - а′_r.

2 По диаграмме (рисунок 9) определить равновесную влажность древесины W_р, по формулам (3.2), (3.3) определить устойчивую влажность древесины W_у.д. или W_у.с. .

3По формуле (3.8) рассчитать массообменный критерий Фурье F_o′.

4 С использованием диаграммы, приведенной на рисунке 11, по численному значению критерия F_o′ и соотношению толщины и ширины сортимента, определить численное значение безразмерной влажности К′.

5 Из формул безразмерной влажности (3.6), (3.7) определить величину влажности древесины в заданный момент времени. Например, при сорбции влаги: W_х = W_у – К′ (W_у – W_н).

Рисунок 10 - Диаграмма коэффициента влагопроводности

древесины в танген­циальном направлении

Рисунок 11 - Диаграмма изменения безразмерной влажности

древесины в процессе сорбции пара

Ключевые слова

Базисная плотность, влагопроводность древесины, влагосодержание, гистерезис сорбции, граничные условия, десорбция, деформация, диффузия, дифференциальная теплота, древесина, древесинное вещество, изотерма сорбции, капиллярная конденсация, коэффициент теплоотдачи, микрокапилляры, разбухание, теплоемкость, теплопроводность, теплосодержание, температуропроводность, точка росы предел охлаждения.

Библиографический список

1 Чудинов, Б.С. Теория тепловой обработки древесины / Б.С. Чудинов. – М.: Наука, 1968. – 255 с.

2 Расев, А.И.Тепловая обработка и сушка древесины: учебник. [Текст] /А.И. Расев. – М.:ГОУ ВПО МГУЛ, 2009. – 360с.

3 Ермолина, Т. В. Гидротермическая обработка и консервирование древесины.: Сб. задач для студентов специальности 260200 всех форм обучения./ Т.В. Ермолина, А.А. Орлов. – Красноярск: СибГТУ, 2005.– 68 с.

4 СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.

Учебно-методическое издание

Владимир Николаевич Ермолин

Физика древесина

Методические указания к проведению практических

занятий

Отв. редактор доц. Т.В. Ермолина

Редактор РИЦ Т.А.Полуэктова

Подписано в печать. Формат 60х84 1/16

Усл.печ.л.. Тираж 150 экз. Изд. № 4/8.

Заказ №

Редакционно-издательский центр СибГТУ

660049, г.Красноярск, 82

Факс (3912) 2-11-97-25

Телефон (3912)2-27-69-90

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(справочное)

Диаграмма hd влажного воздуха

Рисунок А.1 - hd – диаграмма влажного воздуха

ФИЗИКА ДРЕВЕСИНЫ

Методические указания к проведению практических занятий для

Познавательные статьи:



Организация работы процедурного кабинета

Статус республик в составе РФ

Понятие финансов, их функции и особенности

Сущность демографической политии