CC BY
31
2. SolidWorks. Компьютерное моделирование в современной практике / Алямов-ский А. А., Собачкин А. А., Одинцов Е.В. и др. - СПб. : БХВ-Петербург, 2005. - 800 с.
3. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - М. : Изд-во "Наука", Гл. ред. физ.-мат. лит-ри, 1978. - 736 с.
УДК 674.048 Проф. 1.М. Озармв, д-р техн. наук; доц. В.С. Джигирей,
канд. техн. наук; доц. М.С. Кобринович, канд. фЬ.-мат. наук; асист З.П. Копинець; студ. О.1. Озартв - НЛТУ Украши, м. iïbeie
ПРО ЗНАЧЕННЯ КОЕФЩ1СНТА ПРОПУСКАННЯ 1Ч-ПРОМЕН1В У ТЕПЛОМАСООБМ1ННИХ ПРОЦЕСАХ
Розкрито значення спектральних терморадiацiйних характеристик деревини у процесах сушшня. Показано вплив рiзних чинниюв на коефщент пропускання.
Prof. I.M. Ozarkiv; assoc. prof. V.S. Jigirei; assoc. prof. M.S. Cobrinovich; eng. Z.P. Kopynets; stud. O.I. Ozarkiv -NUFWTof Ukraine, L'viv
About the role of coefficient of admission of infra-red rays in heat and
massexchenge processes
The role of spectral thermoradiational characteristics descriptions of wood have been in the processes of drying. Influence of different factors have been shown on the coefficient of admission.
Вщомо [1], що пропускна спроможшсть деревини (коефщент пропускання Dx) е значною, оскшьки вона визначае штенсившсть сушшня i меха-шзм тепломасообмшного процесу загалом.
Анашз полiв опромшення у промислових шфрачервоних (1Ч) сушиль-них установках показуе, що в таких установках проходить опромшення змь шаним дифузшно-спрямованим потоком промешв об'екпв сушшня (наприк-лад, лущеного та струганого шпону).
Коефщент пропускання Dx, як одна iз терморадiацiйних характеристик, визначае властивють тша частково або повшстю пропускати випромшю-вання, яке падае на нього.
Нашi дослiдження [2] показали, що деревина, як типовий свгглорозсь ювальний матерiал, володiе селектившстю спектральних коефiцiентiв вщби-вання Rx, пропускання Dx i поглинання Ах. Крiм цього, в ближнiй IЧ-областi спектра (Х=0,76-2.5 мкм) деревина мае максимальш значення Rx i Dx та мшь мальнi значення поглинання Ах. Крiм цього, коливання густини деревини ю-тотно не впливае на величини цих коефщенпв, а збшьшення товщини опро-мiненого шару в цш областi приводило до збшьшення Rx i зменшення Dx.
Наявнiсть вологи в деревинi буде вносити ютотш змiни в спектри вщ-бивання, пропускання i поглинання деревини загалом. Зокрема, наявшсть зв'язано1 води у деревинi (W<30 %) буде викликати появу досить широких смуг поглинання бшя довжини хвиль, як вiдповiдають частотам основних молекул води i менш штенсивних поблизу довжин хвиль, що вщповщають частотам обертошв та ïx комбiнацiям. Наприклад, у спектрах Rx, Dx i Ах рщ^' води мають мюце смуги поглинання поблизу довжин хвиль 0,75; 0,85; 0,98;
1,18; 1,44; 1,93; 2,92; 4,74; 6,12 i 15 мкм. Смуги поглинання поблизу 0,98; 1,18; 1,44; 2,11; 2,32; 2,52; 2,92; 5,82 i 6,12 мкм виявлеш в спектрах навггь абсолютно сухих зразюв деревини, що пов'язано iз присутнiстю пдроксильних груп ОН, включених у водневий зв'язок молекул ще! речовини. Своею чертою, тд час зволоження деревини з'являються додатковi смуги поглинання поблизу довжин хвиль 1,93 та 4,74 мкм. Останш вказують на те, що щ смуги поглинання характеризують коливання тiльки адсорбованих молекул води у деревиш [1].
Через те, що в дiапазонi Ж=0-30 % Ях, Ох i Ах мало залежать вiд породи, то залежност цих коефiцiентiв можна використовувати для розроблення оптичного методу контролю вологост для висушування деревини до певно! кшцево! вологостi.
На рис. 1 показано залежшсть змши коефiцiента пропускання вiд дов-жини хвилi для рiзних товщин деревини червоного дерева i бука карпатсько-го [1], з якого видно, що iз збiльшенням товщини коефщент пропускання зменшуеться. Останне пояснюеться тим, що внаслщок проникнення 1Ч-про-мешв у деревину при бiльшiй товщиш матерiалу у вiдбиваннi беруть участь бшьше мiкро- й макроелементiв деревинно! речовини (як показали нашi дос-лiдження [2] залежно вiд породи при товщиш 1,80 мм i вище).
Через те, що в област Х= 0,76-1,25 мкм чиста вода практично не пог-
линае випромшювання \ мае мале вщби-вання (Ях=0,022-0,024) i володiе значним пропусканням, то вона не буде значно впливати на величину коефщента пропускання деревини (рис. 2). 1з рис. 2 видно, що поглинання водою зростае iз збшьшенням товщини опромшеного шару, тобто iз збшьшенням маси води по мiрi шляху проходження шфрачервоного випромшювання.
Рис. 1. Залежшсть коеф^ента пропускання вiд довжини хвилi для червоного дерева (1, 2, 3) i бука кар-патського (4, 5, 6) [1]
Рис. 2. Залежшсть коефЩента пропускання Бх (%) вiд довжини хвилi X (мкм) при рiзних товщина шару: 1-0,10 мм; 2-0,3 мм; 3-1,0 см; 4 - спектр вiдбивання
3. Технолопя та устаткування деревообробних шдприемств
55
Коефщент пропускання для однорщних (iзотропних) матерiалiв виз-начаеться за законом Бугера, тобто
Ds = Б0 ■ exp (кх-Б), (1)
де: Ds - коефщент пропускання шару товщиною Б; D0 - коефiцiент пропускання на поверхш шару (Б^-0); кх - коефщент ослаблення потоку променiв за рахунок поглинання та розсдавання випромшювання деревинною речови-ною. На рис. 3 i 4 наведено залежностi пропускання вiд довжини хвилi Хтах i товщини матерiалу, побудованими за даними роботи [3].
Умови прийнятност застосування закону Бугера для монохроматич-ного випромшювання (X = сопб1;) будуть визначатися спiввiдношенням
1п ^ = -Ви ■ 1пе, (2)
Do
тобто, коли буде мати мюце прямолiнiйного зв'язку мiж 1п Ds / D0 i товщиною Б матерiалу.
Математичне оброблення експериментальних даних [4], дало змогу цим авторам отримати рiвняння виду
' VI л
-3,14■>/!■ Б 2 ■ р
Ds = 38,4 ■ ехр
1540
у
(3)
для визначення коефiцiента пропускання для рiзних порiд деревини у дiапа-зонi хвиль 1,0-7,65 мкм.
Рис. 3. Залежшсть коеф^ента пропускання Б (%) сухоХ деревини (сосни)
вiд довжини хвилi 1тах (мкм)
Рис. 4. Залежшсть коеф^ента пропускання Б (%) деревини сосни вiд товщини
матерiалу £ (мм)
У робот [5] наведено результати дослщжень глибини проникнення ш-фрачервоних промешв (Хтах=3,31-3,33 мкм) вщ вологосп деревини для рiзних порiд (смереки, ялини, ясена, бука, дуба та явора). Графiчнi залежност наведено на рис. 5-7. Отримаш результати свiдчать, що зi збiльшенням вологостi гли-бина проникнення зменшуеться. При цьому в дiапазонi Ж=25-30 % мае мюце
стрибкоподiбна змша залежностi, тобто район точки насичення волокна дере-вини е районом стрибкоподiбноl змiни адсорбцiйних властивостей деревини.
Рис. 5. Залежностi глибини промешв кх (мм) вiд вологостi [5]:
а - смереки; б - ялищ; в - ясена
X
Е и к
I 4
X
К '
V
\
N 1
N !
15
ж
я
X
а
ю к
0 20 40 60 80 100 Вол а петь деревини, %
а) б)
■ I
1
\
N \
ч.
О 20 40 60 80 100 Волопсть деревини. %
Рис. 6. Залежшсть глибини проникнення кх (мм) 1Ч-промешв (Х=3,31-3,33 мкм) вiд вологостi за даними Ис. Младенова та Св. Ш колова [5]: а - дуба; б - ясена
Рис. 7. Залежшсть глибини проникнення кх (мм) вiд вологостi для Хтах=3,31-3,33 мкм за даними Ис. Младенова та Св. Школова [5]: а - бука; б - явора
Порiвняльний анашз отриманих графiчних залежностей мiж глибиною проникнення (Их) i волопстю (Ж) дозволив авторам [5] роздшити дослщжува-т породи на три групи:
• перша група - деревина бука 1 явора, для яких виражена чгтко зворотнообер-нена залежшсть мiж Их \ Ж деревини (глибина проникнення зм1нювалася ввд 5 до 2 мм);
• друга група - дуб 1 ясен, для яких залежшсть мiж Их \ Ж мае бшьш р1зюший характер поблизу точки насичення, як до так 1 тсля; при цьому юнуе стрибко-подобний характер зм1ни глибини проникнення та адсорбщйних властивостей (глибина проникнення для деревини дуба змшювалась у д1апазош 5,2-3,0 мм, а ясена - 6,15-2,4 мм). Зауважимо, що у точщ насичення волокна глибина проникнення ГЧ-промешв становила для дуба - 3,32 мм, а ясена - 3,64 мм;
• третю групу за приблизно однаковими адсорбцшними властивостями ство-рюють ялиця, смерека та осика. При змш вологост деревини у д1апазош 10-
3. Технологiя та устаткування деревообробних шдприемств
57
180 % глибина проникнення варiювала вiдповiдно: для ялини - 5,42-1,40 мм, смереки (ялицi) - 5,90-2,90 мм, осики - 6,3-1,64 мм. У точщ насичення волокна глибина проникнення становила: для смереки - 2,05 мм, ялищ -3,90 мм i осики - 2,32 мм.
Таким чином, i3 рис. 5...7 видно, що мiж глибиною проникнення i во-логiстю юнуе обернено пропорцшна залежнiсть. Встановлено [2], що i3 збшь-шенням густини деревини глибина проникнення у не! шфрачервоного випро-мiнювання зменшуеться. Своею чергою, коефщент вiдбивання визначаеться кiлькiстю деревини, що бере участь у вщбиванш. Тому, якщо би при так званому "оптично безмежно товстому" шарi (Dx~0) i3 збiльшенням густини деревини глибина проникнення залишилась постшною (про що пiдтвердили дос-лiдження [2, 3]), то коефщент Rx повинен зростати прямо пропорцшно щодо густини. Звiдси витiкае, що якщо ж глибина проникнення зменшуеться обернено пропорцшно густиш, то кшьюсть деревини, що вщбивае потж 1Ч-вип-ромiнювання, повинна залишатися постшною.
Таким чином, проходить авто компенсащя залежност мiж Их i р, тобто
hx- p = const. (4)
1накше кажучи, маса води, що знаходиться в певному об'ем^ буде пропорцшна вологост^ тобто
Мв = К - W - hx-p, (5)
Fl 100
Власне через це, що зi збшьшенням густини деревини коефщент вщ-бивання незначно зростае ^i збiльшенням густини деревини у 3,5 раза коефь щент Rx зростае всього на 10 %), то за "безмежно товстого шару" деревини залежшсть рiвняння (5) можна записати
Мв = К - W, (6)
де K = ~ОР, Fonp - площа опромшеного матерiалу.
де K = Fonp' hx'p = const. (7)
100
Таким чином, залежшсть (6) може слугувати як базова для розроблен-ня методу ГЧ-спектроскопп з контролю бiжучоl вологост деревини у процесi ii сушiння.
Л1тература
1. Д1агностика властивостей деревини в технолопчних процесах деревообробки: мо-нограф1я / за ред. 1.М. Озарюва/ - Льв1в : Вид. д1м "Панорама", 2003. - 228 с.
2. Озаркив И.М. Спектрофометрические и поляризационные характеристики древесины : дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. - Львов, 1989. - 256 с.
3. Долацис Я.Д., Ильясов С.Г. Исследование оптических свойств древесины в инфракрасной области спектра // Лесной журнал. - Архангельск, 1969. - № 3. - С. 32-36.
4. Янсон О.1., Книш В.А. Пропускна здатнють деревини в шфрачервонш зош спектра. // Люова, паперова i деревообробна промисловють : м1жвщ. наук.-техн. зб. - К. : Буд1вельник, 1972.- С. 159-164.
5. Младенов Ис., Николов Св. Влияние на влажностита на дървесината въерху дълбо-гината на проникване на инфрачервената светлина // Научни трудове: Механична технология на дървесината. - София : Земиздат, 1970. - Т. 17. - С. 31-36.
