CC BY
11
УДК 674.047 Асист Т.В. Голубець -НЛТУ Укршни
МЕТОДИКА РОЗД1ЛЕННЯ ФАЗ I ПРОГНОЗУВАННЯ РОЗМ1Р1В ВЗ1РЦЯ ДЕРЕВИНИ I3 ЗМ1НОЮ ВОЛОГОВМ1СТУ ПРИ Ф1КСОВАН1Й ЛОКАЛЬН1Й ГЕОМЕТРП МАТЕР1АЛУ
Дослiджено залежносй вiдносного об'ему фаз у твердому i м'якому деревi при рiзних значеннях рiвноважного волого вмiсту. Встановлено значне розбухання мат-рицi пористого матерiалу листяних порiд дерев порiвняно з хвойними сортами дерева. На основi експериментальних даних проаналiзовано вiдносну змiну поздовжнiх розмiрiв взiрця деревини з врахуванням локально! геометрп матерiалу.
Assist. T.V. Golubets'-NUFWTof Ukraine
The principles of phase division and prediction of wood specimen size with moisture changes under fixed timber local geometry
The phase's relative volume dependencies with equilibrium moisture content have been investigated for soft and hard wood. The significant swelling of porous material matrix for deciduous wood species is established relatively to coniferous sorts of wood. Based on the experimental data, the relative longitudinal dimensional changes of wood specimen have been analyzed taking into account a material local geometry.
Актуальшсть
Задача роздшення фаз або приведения до едино! геометрично! повер-хн1 вщграе велику роль у дослщженш процеЫв тепло масообмшу в кашляр-но-пористих коло!дних тшах. Явища поширення фронту тепла або вологи в твердш, рщкш i пароповггрянш фазах вщбуваються з роними швидкостями у напрямках ашзотропп матер1алу, що вказуе на значну залежшсть характеру потоюв в1д геометричних розмфш тша.
Особливий штерес виникае щодо дослщження взаемозалежних процесс зм1ни л1н1йних i об'емних розмфш деревини викликаних всиханням чи роз-буханням, як також впливу даних явищ на дифузшш властивост матер1алу.
Анал1з в1домих результат1в
З теорп сушшня вщомо, що змши геометричних розмфш деревини ха-рактеризуються двома лшшними (ST - тангентальний i SR - рад1альний) та одним об'емним (S0) коефщкнтами всихання з зеленого (m > mf) до висуше-ного дерева, де mf- точка насичення судин вологою, а m - ртноважний волого вм1ст (EMC).
З експериментальних дослщжень [1] знаемо, що поздовжнш коефь щент всихання SL ~0,10,3%, тому як правило змшами геометричних розмь р1в у даному напрямку ашзотропп нехтують, а стввщношення м1ж лшшними коефщкнтами приймають ршним ST / SR ~ 2 i зв'язують з об'емним у вигляд1 наближених формул:
St ~ 2/3 So 1 SR ~ 1/3 So.
Даний шдхщ не враховуе сорту Gb (тут Gb - питома вага зеленого дерева при m > mf) i структури деревини, тому вважаеться наближеним.
Науковий вкчшк', 2005, вип. 15.5
Постановка задачi
Будемо виходити з вщомого об'емного спiввiдношення:
VW = VW0 + VW + VWater + Vpores ,
де: VW - сумарний об'ем зволоженого взiрця дерева; VWo - сумарний об'ем матри-цi висушеного взiрця дерева; VW - рiзниця мiж об'емом зволожено! i сухо! матри-цi, пов'язана з розбуханням колощного матерiалу комiрок деревини; Vwater - сумарний об'ем вшьно! води; Vpores - сумарний об'ем пор або пустот у деревиш.
Шсля нескладних анаштичних перетворень приходимо до формули для визначення об'емно! пористостi (va = Vpoers / VW):
Gh
Va = 1 - G:
W
—(1+V)
GW у /
+ m
де GW =
1 - 0,0LSf
mf
m
(1)
mf
де: V = У№ / У№о - вiдносна змiна об'ему матриц деревини пов'язана з розбуханням коло!дного матерiалу; £0 (%) - об'емний коефщент всихання з зеленого до висушеного дерева; Gь - питома вага зеленого дерева (т > ); GcГ - пи-тома вага висушено! матрицi матерiалу деревини (О0Т = 1,53); т - рiвноваж-ний волого вмют (0 < т < 1); mf - точка насичення судин вологою (ЕБР).
Методика визначення основних геометричних характеристик деревини
Розглянемо примггивну [2] геометричну модель комiрок дерева (рис. 1). З простих мiркувань можна показати, що
' тОь
V =
1 - 0,01^о
(m < mf ).
(2)
Позначимо через va = Vpores / VWo об'емну пористють висушеного дерева,
тодi спiввiдношення o6'cmïb фаз приймають наступний вигляд:
У-и;.
V
V
0
pores
1 —0(1 + V)
cells
1 + v'
V
0
pores
1
Vr
0
pores
V0(1 + v
va
(3)
де: Vpores - сумарний об'ем пор або пустот висушеного дерева; Vw
Рис. 1. Геометрична модель KOMipoK деревини
water - сумарний об'ем води (рщка фаза); Vcel!s - сумарний об'ем матрищ деревини (тверда фаза); Vair - сумарний об'ем повпря (пароповпряна фаза).
Змша лшшних розмiрiв деревини у нап-рямках ашзотропй, як також змiна об'ему цшого взiрця матерiалу е функцiями рiвноважного во-логовмiсту m i вдаовщних коефiцiентiв всихання: AV = AV (m, So)
AbT = AbT (m, ST). (4)
AbR = AbR(m, SR)
3. Технологiя та устаткування деревообробних пiдприeмств
183
Використаемо дат роботи [1], зв1дки:
m 1
^=1+
ьо
bi=1+
m
1
* * , (5)
T mf 1/ s* -1 bR mf 1/ sR -1
де b° i bR - поперечш розм1ри ком1рки при нульовому вологовм1ст1 (s* = ST /100 i sR = Sr/100).
Тепер на основ1 сшввщношень (4) отримуемо в1дносну зм1ну (А = L / L0) поздовжшх розм1р1в ком1рок:
А = - (1 + v), (6)
Y
( \г \
де у
1 +
m
1
mf 1/ sT -1
1 +
m
1
в1дносна зм1на площ1 ком1рок
mf 1 / sT -1
вздовж тангентального i радiального напрямкiв (див. рис. 1). Результати дослщжень
Теоретичнi дослщження проводилися на основi експериментальних даних [1] для твердого i м'якого дерева.
На основi спiввiдношень (3) побудовано графжи залежностей вiднос-ного об'ему фаз для рiзних значень рiвноважного волого вмiсту (рис. 2-3).
1 0.8 0 . 6 0.4 0.2
0.8
0 . 6
0. 4
0. 2
0.5 1 1.5 2
Рис. 2. Biduocui об'еми фаз для Red Oak (black, Gb = 0,56; S0 = 15,1) як функци рiвuoважuoгo волого eMicmy m
0.5
1.5
Рис. 3. Biдuoсui об'еми фаз для Red Pine (Gb = 0,41; S0 = 11,3) як фyuкцii рiвuoважuoгo волого вм^ту m
Для тих самих сорт1в деревини зг1дно (5) наведено залежност1 в1днос-них лшшних розм1р1в уздовж напрямк1в ашзотропп (рис. 4-5).
1 .12 1.1 1 .08 1 .06
1.06
1.04
1.02
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
Рис.4. ЛШйт кoефiцiеumи всихаuuя для Рис.5. Лтшт кoефiцiеumи всихаuuя для Red Oak (black, ST = 11,1; SR = 4,4) як Red Pine (ST = 7,2; SR = 3,8) як фyuкцii фyuкцii рiвuoважuoгo волого вм^ту m рiвuoважuoгo волого вм^ту m
1
1
2
Науковий iticiniK, 2005, вип. 15.5
Також, вщповщно до формули (6), зображено змши поздовжнiх розмь рiв (рис. 6-7).
0.5
Висновки
Анашз залежностей наведених на рис. 2-3 показуе значну вщмшшсть у процесах розбухання листяних (рис. 2, дуб) i хвойних (рис. 3, сосна) порщ дерева.
У випадку твердих порщ (рис. 2) вщносний об'ем матрицi зволожено! деревини перевищуе максимальний об'ем води, який дана деревина може увiбрати шсля точки насичення судин вологою, що не спостерiгаеться (рис. 2) для м'яких сор^в дерева. Це, насамперед, пов'язано з бшьшим зна-ченням питомо! ваги Gb зеленого дерева для твердого дерева порiвняно з м'яким, оскшьки коефiцiенти всихання (рис. 4-5) для розглянутих сор^в деревини практично одинаков^
Однак даний тдхщ не дае можливост зробити однозначний висновок вiдносно подшу дерева на м'якi i твердi сорти, бо графiк наведений на рис. 8 (береза) вказуе на те, що деяк листяш породи дерев проявляють властивостi розбухання схожi до хвойних.
Згiдно графiкiв, зображених на рис. 6-7, вiдносне видовження у поз-довжньому напрямку не перевищуе 1,5^2,0 %, що з достатньою точнiстю вказуе на адекватшсть вибору (рис. 1) локально! геометрй комiрок взiрця деревини.
Лггература
1. FPL. 1999. Wood Handbook. Wood as an engineering material. Gen. Tech. Rep. FPL-GTR-113. Madison, WI: US Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, 463pp.
2. Голубець Т.В. Анашз дифузшних волопсних i теплових характеристик деревини у пгроскотчнш областi// Наук. вiсник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Львiв: УкрДЛТУ. -2005, вип. 15.3. - С. 106-115.
3. Технолопя та устаткування деревообробних шдприемств
185
