Акустичний спосіб визначення часу досягнення стаціонарного розподілу вологості та температури в об’ємі зразка матеріалу

Реферат: UA 78426 U UA 78426 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до деревинознавства, і може бути застосованим для підвищення ефективності кліматичних випробувань деревини та інших пористих, гігроскопічних матеріалів, швидкість звуку в яких залежить від вологості та температури. Під час дослідження впливу кліматичних умов на властивості матеріалу виникає необхідність неодноразової зміни кліматичних умов. За кожної зміни температури або вологості зразок потребує певного часу для переходу в новий стан, для якого властиві стаціонарні (рівномірні) розподіли температури та вологості в усьому об'ємі зразка. Для вивчення процесів теплопереносу, водо- і паропроникності матеріалів також потрібно визначити час встановлення стаціонарного (але у цьому випадку вже нерівномірного) розподілу температури та вологості в об'єкті дослідження. Задача оцінки часу досягнення стаціонарного розподілу вологості та температури в об'ємі зразка матеріалу (далі - тривалості перехідного процесу) розрахунковим шляхом потребує аналізу великої кількості початкових та граничних умов і в загальному виді не вирішена. Найближчим аналогом є відомий розрахунковий спосіб визначення температури всередині твердого тіла, що ґрунтуються на рівнянні теплопровідності та диференційному рівнянні Фур'є [1]. У більшості випадків точний розв'язок рівняння Фур'є практично неможливий через складність визначення початкових та граничних умов [1]. Провівши розрахунки температур множини точок для різних моментів, можливо оцінити час настання стаціонарного розподілу температури у зразку за визначених вимірюваннями початкових та граничних умов. Для двох випадків одновимірного тіла - необмеженої пластини та необмеженого циліндра за певних температурних умов та початкового стану зразка можливо скористатися номограмами О. В. Ликова для розрахунку наближеної температури обраної точки [1]. Визначена у такий спосіб тривалість перехідного процесу має розрахунковий, оціночний характер, не підтверджений контролем фізичного стану зразка. Відомі інші розрахункові способи визначення тривалості перехідного процесу при зміні вологості: сушіння пиломатеріалів і колод до рівня заданої середньої вологості [2] або за їх намочування [3]. Ці способи також потребують громіздких обчислень, також виходять з не точно визначених початкових та граничних умов і дають оціночний результат. Розрахункові способи визначення тривалості перехідного процесу за одночасної зміни і вологості і температури відзначаються ще більшою складністю і потребують значного часу підготовки та проведення потрібних обрахунків. Випробування зразків матеріалу потребують багаторазової зміни кліматичних параметрів і невірно визначена тривалість перехідного процесу загрожує або недосягненням стаціонарного розподілу і отриманням в експерименті невірних даних, або збільшенням фінансових витрат і часу випробувань. Недоліком відомих способів є орієнтовний розрахунковий характер визначення тривалості перехідного процесу як наслідок використання наближених оцінок температури, відмінністю характеру зміни зовнішніх умов в часі від обумовлених при пошуку рішення рівнянь, ігнорування індивідуальних властивостей зразка і його матеріалу, форми зразка та інших вагомих факторів. Задача корисної моделі створити такий спосіб, за яким періодично вимірюють швидкість звуку в матеріалі зразка і визначають величину її зміни за одиницю часу, а про досягнення стаціонарного розподілу судять за величиною цих змін. Спосіб ґрунтується на нелінійній залежності швидкості звуку в деревині від вологості та температури матеріалу [4-6]. Цей експериментальний спосіб дозволяє визначити час досягнення стаціонарного розподілу одночасно і вологості, і температури в об'ємі зразка матеріалу за фізичними параметрами стану зразка. Контроль фізичного параметру дозволяє автоматично здійснювати корекцію на індивідуальні особливості та розміри зразка, реальний перехідний процес зміни кліматичних умов у середовищі, початкові та граничні умови, що склалися в ході дослідження. Швидкість звуку є інтегральною числовою характеристикою властивостей кожної ділянки об'єму зразка. Нелінійна залежність від вологості та температури робить швидкість звуку чутливою до нерівномірності розподілу цих параметрів в об'ємі зразка. Змінам цих розподілів відповідає зміна швидкості звуку. Припинення змін швидкості звуку в зразку настає за відсутністю змін розподілу вологості та температури в ньому. Після зміни температурно-вологісного стану зразка в ньому відбуваються процеси перерозподілу температури та вологості, які призводять до зміни швидкості звуку у зразку. Нерівномірний розподіл вологості і/або температури у зразку з часом змінюється і стає практично рівномірним. Поставлена задача досягається тим, що проводять періодичне вимірювання швидкості звуку, і порівнюють останній та передостанній результат вимірювання. 1 UA 78426 U 5 10 15 20 Момент часу, в який швидкість звуку перестає змінюватись відповідає припиненню перерозподілу вологості та температури в об'ємі зразка матеріалу. За часом встановлення постійної швидкості звуку визначають час досягнення стаціонарного розподілу вологості та температури. Джерела інформації: 1. Білей П. В. Теоретичні основи теплової обробки і сушіння деревини (Монографія). Коломия: Вік, 2005. 2. Леонтьев Н. Л. Влияние влажности на физико-механические свойства древесины, ГОСЛЕСБУМИЗДАТ, Москва, 1962. 3. Режимы и проведение камерной сушки пиломатериалов, Серговский П. С. - М.: Лесная промышленность, 1976. 4. Сторожук О. Л., Соколовськии Я. Л. Statistical simulation for influence ofwood characteristies on propagation speed of ultrasonic waves // Лісовегосподарство, лісова, паперова і деревообробна промисловість, 2009. Вип.35,стор. 108-114. 5. Экспериментальное иследование влияния температури и влажности на распространение акустических волн в древесине / Соколовськии Я. И., Кенс И. Р., Сторожук О. Л., Борисов В. М. // Лесной комплекс: состояние и перспективы развития : материалы XI Междунар. научно-техн. конф. -Брянск (РФ): БГИТА, 2011. 6. Senior teacher O.L. Storozhyk; eng. V.M. Borysov;prof Ya.I. Sokolovskyy; assoc. prof I.R. Kens. Investigation of sound velocity in wood by non-contact method // Лісове господарство, лісова, паперова і деревообробна промисловість, 2012. Вип.37-2, стор. 84-91. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Акустичний спосіб визначення часу досягнення стаціонарного розподілу вологості та температури в об'ємі зразка матеріалу, за яким здійснюють вимірювання та обчислення, який відрізняється тим, що періодично вимірюють швидкість звуку в матеріалі зразка і визначають величину її зміни за одиницю часу, а про досягнення стаціонарного розподілу судять за величиною цих змін. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2