close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

- Ухтинский государственный технический университет

код для вставкиСкачать
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ухтинский государственный технический университет»
(УГТУ)
3
Определение влажности воздуха
и влажности древесины.
Определение предела насыщения
для образца из сосны
Методические указания
Ухта, УГТУ, 2014
УДК 674.017 (075.8)
ББК 37.11 я7
С 61
Северова, Н. А.
С 61
Определение влажности воздуха и влажности древесины. Определение предела насыщения для образца из сосны [Текст] : метод. указания /
Н. А. Северова. – Ухта : УГТУ, 2014. – 12 с., ил.
Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы
по физике древесины для студентов II курса направления 250400.62 «Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств».
Содержание указаний соответствует рабочей программе по дисциплине «Физика древесины».
УДК 674.017 (075.8)
ББК 37.11 я7
Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой физики 16.12.2013,
пр. №10.
Рецензент: М. В. Коломинова, доцент кафедры технологии и машин лесозаготовок Ухтинского государственного технического университета,
к.т.н.
Редактор: Н. С. Пономарёв, доцент кафедры физики Ухтинского государственного технического университета, к.ф.-м.н.
Корректор: К. В. Коптяева.
Технический редактор: Л. АП. Коровкина.
В методических указаниях учтены замечания рецензента и редактора.
План 2014 г., позиция 120.
Подписано в печать 28.02.2014. Компьютерный набор.
Объем 12 с. Тираж 50 экз. Заказ №282.
© Ухтинский государственный технический университет, 2014
169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Первомайская, д. 13.
Типография УГТУ.
169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Октябрьская, д. 13.
Определение влажности воздуха и влажности древесины.
Определение предела насыщения для образца из сосны
Цель работы:
Научиться пользоваться простыми измерительными приборами при определении влажности воздуха и оценке влажности свежеспиленной древесины
(прямым сушильно-весовым методом).
Материалы и оборудование:
Гигрометр (психрометр), психрометрические таблицы, штангенциркуль,
весы.
Примечание: требования к образцам по ГОСТ 16483.0–89, а также методика, предусмотренная ГОСТ 16483.1–84 «Метод определения влажности древесины», не выдержаны.
Краткая теория
Смесь сухого воздуха с водяными парами называют влажным воздухом.
Основными физическими характеристиками влажного воздуха являются: абсолютная и относительная влажность, влагосодержание и плотность.
Так как пар рассредоточен по всему объёму воздуха и имеет определённое
парциальное давление при данной температуре, то абсолютная влажность равна
плотности водяного пара во влажном воздухе при его конкретном парциальном,
Рп, давлении и температуре воздуха, Т:
ρп =
mп
,
Vв.в
(1)
где
mп – масса водяного пара, кг;
Vв.в. – объём влажного воздуха, м3.
Относительная влажность воздуха, φ, – это отношение абсолютной влажности ненасыщенного влажного воздуха к максимально возможной при данной
температуре, Т (т. е. к абсолютной влажности насыщенного воздуха при той же
температуре):
ϕ=
где
mп
ρ
Р
⋅ 100% = п ⋅ 100% = п ⋅ 100% ,
ρпмакс
m п макс
Рпмакс
(2)
mп, ρп, Рп – масса, плотность или давление водяного пара при температуре Т;
3
mпмакс, ρпмакс, Рпмакс – максимальные масса, плотность или давление влаж-
ного (насыщенного) воздуха при той же температуре Т.
Влагосодержанием, d, называют массу водяного пара, приходящуюся на
1 кг сухого воздуха:
d=
где
mп
ρ
= п ,
mc в ρсв
(3)
mп, ρп – масса и плотность водяного пара;
mсв, ρсв – масса и плотность сухого воздуха. Данную величину можно оп-
ределить и по формуле (4):
d = 0,622
где
Рп
ϕ ⋅ Рпмакс
= 0,622
,
Рc в
Pв − ϕ ⋅ Pпмакс
(4)
Рп – давление водяного пара;
Рсв – давление сухого воздуха;
Рв, Рпмакс – давление воздуха и давление насыщенного воздуха.
Температурой точки росы называется температура воздуха, которая в изо-
барном процессе охлаждения равна температуре насыщения при данном парциальном давлении.
Влажность воздуха можно измерить психрометром. Психрометр – прибор,
на пластмассовом основании которого закреплены два термометра, температурная шкала, психрометрическая таблица и стеклянный питатель.
Рисунок 1 – Внешний вид гигрометра психрометрического
4
Шарик одного из термометров обёрнут влажной тканью, вследствие чего
показания сухого и мокрого термометров различны. Очевидно, что чем меньше
степень насыщения влагой атмосферного воздуха, тем интенсивнее процесс испарения с влажной ткани и, следовательно, больше разность показаний сухого и
мокрого термометров. Приборы применяются для измерения относительной
влажности воздуха и температуры в помещениях.
Влажность вещества можно определить либо косвенным, либо прямым методом. К косвенным методам измерения влажности вещества относятся: кондуктометрический, диэлькометрический, ёмкостной, сверхвысокочастотный,
инфракрасный. Влагомеры, работающие по косвенным методам, измеряют не
саму влажность, а физический параметр, с ней связанный (сопротивление, затухание электромагнитных волн в среде, диэлектрическую проницаемость, электрическую ёмкости, поток излучения), и переводят измеренную величину в
значение влажности. Косвенные методы требуют предварительной градуировки
с целью установления зависимости между влажностью материала и измеряемой
величиной. Самыми распространёнными методами являются кондуктометрический и диэлькометрический (первый – контактный, второй – бесконтактный).
Например, влагомеры на кондуктометрическом
принципе позволяют судить о влажности путём измерения электрического сопротивления между двумя
контактами (иглами) прибора, погруженными в исследуемый материал. Для удобства использования в
них встроены градуировочные зависимости контроля
влажности различных пород древесины (бук, ель, берёза, лиственница, вишня, грецкий орех, дуб, сосна,
клён, ясень). Прибор позволяет проводить измерения
влажности на поверхности и на небольшой глубине
(до 2 см) и идеален для контроля влажности тонких Рисунок 2 – Внешний вид
влагомера древесины
строительных материалов.
На показания прибора, использующего любой косвенный метод, при определении влажности влияет направление волокон древесины, наличие сучков
и трещин, глубина погружения иголок.
Прямым методом измерения влажности древесины является сушильновесовой, этот метод наиболее точен, но трудоёмок.
5
Дерево быстро высыхает до волоконного насыщения. Связанная вода, напротив, медленно проходит наружу посредством диффузии. На поверхности
древесины происходит испарение воды, которое в значительной степени зависит
от величины поверхности древесины, температуры и влажности воздуха, перемещения воздушных потоков. С течением времени между влажностью древесины и относительной влажностью воздуха устанавливается равновесие. Это состояние называют равновесной влажностью древесины, и для различных температур можно зафиксировать кривую взаимосвязи между влажностью воздуха и
древесины. Например, на рисунке 3 для температуры воздуха +15°С приводится
соответствующая кривая, из которой следует, что если относительная влажность
воздуха равна 70%, то равновесная влажность древесины будет составлять около
15%. В зимние месяцы для этой же местности равновесная влажность древесины составляет около 20%. Дерево, которое высушивается на открытом воздухе
или в открытых сараях, называют воздушно-сухой древесиной.
Рисунок 3 – Равновесная влажность при температуре воздуха 15°С
На рисунке 4 представлена диаграмма равновесной влажности (по
П. С. Серговскому), где по кривой для температуры воздуха +15°С и его относительной влажности 75% равновесная влажность древесины будет составлять
около 15%.
6
Рисунок 4 – Диаграмма равновесной влажности (по П. С. Серговскому) [1]
Экспериментальная часть
1 часть. Определение относительной влажности воздуха
Указания к работе:
1. Проверьте наличие дистиллированной воды в питателе гигрометра.
2. Снимите показания «сухого» и «увлажнённого» термометров и определите разность этих показаний.
3. По психрометрической таблице (табл. 4 на стр. 12) определите относительную влажность воздуха по разнице показаний термометров и показаниям
сухого термометра.
4. Запишите относительную влажность в отчёт по работе и укажите дату
выполнения измерений перед таблицей 1.
Пример оценки относительной влажности: На рисунке 5 показания сухого
термометра 25°С, влажного – 20°С, т. е. разность показаний составляет 5°С. В
таблице 1 на пересечении строки для 25°С и столбца для 5°С фиксируем относительную влажность воздуха 63%.
7
Рисунок 5 – Пример показаний сухого и влажного термометров
2 часть. Определение влажности свежеспиленной древесины
Примечание: измерения в части 2 и части 3 проводятся параллельно в течение необходимого промежутка времени.
Указания к работе:
1. Запишите название породы древесины, образец которой предложен Вам
преподавателем (например 1 – берёза, 2 – тополь или иное) перед таблицей 1.
2. Взвесьте образцы свежеспиленной древесины с погрешностью 0,1 г на
стеклянной рифлёной подложке.
3. Показания массы, m1, вместе с датой проведения измерений занесите в
таблицу 1 в первый столбец.
4. Образец на подложке поместите в сухой комнате с температурой
25 ± 2°С.
5. Повторные взвешивания выполняйте последовательно через 1 сутки.
6. Высушивание считается законченным, когда не будет разности между
двумя последними взвешиваниями.
7. Начальную влажность образца (W) в процентах вычислите с округлением не более 0,1% по формуле:
W=
где
m1 − mКОН
⋅ 100% ,
mКОН
m1 – масса при первом взвешивании;
mКОН – масса после высушивания.
8
(5)
8. Определите промежуточные значения влажности, W, по формуле (5),
подставляя вместо m1 последовательно все массы, mi, зафиксированные в другие дни (2, 3, 4 и т. д.), и занесите W в таблицу 2.
9. Постройте график зависимости влажности от времени W(t) и проанализируйте результаты.
10. По указанию преподавателя определите скорость высыхания древесины
во вторые или 3, 4,… сутки, используя тангенс угла наклона кривой в районе
точки, соответствующей указанным суткам.
Таблица 1
Древесина
↓
Дата→
1
2
1 сутки
2 сутки
Масса образца в процессе сушки
3 сут. 4 сут. 5 сут. 6 сут. 7 сут.
8 сут.
….
масса
масса
Таблица 2
Древесина
Влажность образца в процессе сушки
1 сутки
2 сутки
3 сут.
4 сут.
5 сут.
6 сут.
7 сут.
8 сут.
….
1 влажность
2 влажность
3 часть. Определение предела насыщения
для образца из сосны обыкновенной
Предел насыщения клеточных стенок – это максимальная влажность клеточных стенок, достигаемая при увлажнении древесины в воде; характеризуется равновесием влажности клеточных стенок с водой, находящейся в полостях
клеток у сырой древесины. Этот показатель можно определить по формуле:
 1
1 
W =
−
 ⋅ ρ B ⋅ 100% ,
ρ
ρ
О 
 Б
(6)
где ρБ, ρо – базисная плотность древесины и плотность абсолютно сухой
древесины;
ρв – плотность связанной воды (принять равной 1 г/см3).
9
Указания к работе:
1. Определите взвешиванием массу, mo, сухого образца сосны обыкновенной.
2. При помощи штангенциркуля определите размеры образца и вычислите
его объём, V0. Результаты измерений занесите в таблицу 3 (mo занесите в столбец «0»).
3. Вычислите плотность древесины в сухом состоянии:
ρo = mо / Vo .
(7)
4. Поместите образец полностью в сосуд с водой и запишите дату.
5. Проводите взвешивание образца каждые сутки, предварительно промокнув его перед взвешиванием сухой салфеткой. Результаты измерений массы за-
несите в таблицу 3 в столбец, соответствующий номеру суток наблюдения.
6. После того как масса, m, перестанет изменяться (наступил предел насыщения древесины водой), повторно оцените размеры образца и его объём, VПН.
7. Вычислите плотность древесины при влажности, равной пределу насыщения клеточных стенок:
ρ ПН = m / VПН .
(8)
8. Оцените изменение объёма: ∆V = VПН − Vo .
9. Вычислите базисную плотность по формуле:
ρ Б = mо / VПН .
(9)
10. Рассчитайте предел насыщения клеточных стенок по формуле (6).
Таблица 3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
масса
Vo
ρo
VПН
10
ρБ
W
….
Контрольные вопросы
1. Что называют абсолютной влажностью?
2. Что называют относительной влажностью?
3. Что можно измерить гигрометром?
4. Что можно измерить влагомером?
5. Какими способами можно определить влажность вещества?
6. Какую физическую величину непосредственно определяют в перечисленных ниже влагомерах: кондуктометрическом, ёмкостном, сверхвысокочас-
тотном, инфракрасном?
7. Что называют:
- пределом насыщения клеточных стенок;
- плотностью древесины в абсолютно сухом состоянии;
- базисной плотностью древесины;
- плотностью влажной древесины;
- свободной или капиллярной водой;
- связанной или гигроскопической водой.
8. Как зависит прочность древесины от её влажности?
9. Пользуясь рисунками 3 и 4, по указанию преподавателя определите равновесную влажность древесины для конкретных значений влажности воздуха и
температуры.
Библиографический список
1. Уголев, Б. Н. Древесиноведение и лесное товароведение / Б. Н. Уголев. –
М. : Издательский центр «Академия», 2006. – 272 с.
2. Коломинова, М. В. Курс лекций по физике древесины : метод. указания
для студентов II курса направления 250400.62 «Технология лесозаготовительных
и деревообрабатывающих производств» / М. В. Коломинова, Н. А. Северова. –
Ухта : УГТУ, 2012. – 72 с.
3. Коломинова, М. В. Физические свойства древесины : метод. указания
для студентов специальности 250401 «Лесоинженерное дело» / М. В. Коломинова. – Ухта : УГТУ, 2010. – 52 с.
4. Волынский, В. Н. Взаимосвязь и изменчивость физико-механических
свойств древесины В. Н. Волынский. – Архангельск : АГТУ, 2000. – 196 с.
5. Трофимова, Т. И. Курс физики / Т. И. Трофимова. – 16-е изд. – М. : Издательский центр «Академия», 2008. – 560 с.
11
Таблица 4
Температура
сухого
термометра
Разность показаний сухого и влажного термометров
°С
0
1
2
3
4
5
6
7
8
15
100
90
80
71
61
52
44
36
27
16
100
90
81
71
62
54
45
37
30
17
100
90
81
72
64
55
47
39
32
18
100
91
82
73
64
56
48
41
34
19
100
91
82
74
65
58
50
43
35
20
100
91
83
74
66
59
51
44
37
21
100
91
83
75
67
60
52
46
39
22
100
92
83
76
68
61
54
47
40
23
100
92
84
76
69
61
55
48
42
24
100
92
84
77
69
62
56
49
43
25
100
92
84
77
70
63
57
50
44
12
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа