全 文 ：6 3河 南 `农 学 院 学 报 一漂万再厂
沙 兰杨 木材 热 学 性 质 的 研 究
园 林 系 朱 振 文
中国林业科学研究所 张 文 庆
前 言
木材具多孔性 , 是热的不良导体 , 可作优 良的隔热和保温材料 。例如建筑中 , 用木材作围
护材料 ; 冷藏设备方面 , 作保温隔热材料 ; 日用生活上 的炊具柄 、 锅盖等也离不开木材 。 木
材的热学性质数据是木材加工的重要工艺参数 。 在其防腐 、 干燥及胶合板生产的木段蒸煮等
各方面均有应用 。
木材热学性质的主要指标有比热 、 导热系数和导温系数 。 测定和研究其热学性质的这三
项主要指标 , 不仅在理论上而且在实践应用中均具重要意义 。
影响木材导温系数和导热系数的重要因素是木材的密度 。 树种不同 , 木材的 密 度 有 差
异 。 因此各树种的木材的导温系数和导热系数不一样 ( 全干木材的比热 , 基本上 不 受 树 种
和木材密度的影响 ) 。
沙兰杨 ( p o p u l u s e u r a m e r i c a n a C V . “ S a e r a u 7 9 , ) 是我国杨树中生长非常快 的 速
生树种 , 成材早 , 用途广 , 在我国的杨树适生地区 , 特别在华北 、 中原 , 分布广泛 。 为此 ,
研究沙兰杨木材的热学性质 , 提供其主要指标 , 具有现实意义 。
试样的采集和制做
试样采自河南省洛宁县 , 9年生树三棵 , 胸高直径 32 一 37 厘米 , 树高 17 一 19 米 , 如下表
表 1 试 材 野 外 采 集 记 录
.
, {下一不藻履蔽音石不石一下~ 己百石裔募蔽矗 .膺不买石喜幕 )三扁石叠蔺一树株亏 { } } 」 l一一三坚里竺一匕一 -竺 2 ~三早步 l -卜二里兰互~ …. 1半玉 -
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· “ … 1 8· 5 一 5· 7 } 6· 2
DOI : 10. 16445 /j . cnki . 1000 -2340. 1982. 03. 005
第 3 期 沙 兰 杨 木 材 热 学 性 质 的 研 究
在每株树离地 1 .3米处 , 向上截取厚约 80 厘米一个园盘 , 按下列图 1 , 分配式样 :
三段园盘试材共选取长 、 宽 、 厚尺寸 ·
为: 60 X 15 x 6 厘米的热流方向为木材径
向 ( 用弦板 ) 、 弦向 ( 用径板 ) 试板各 n
块 , 在室 内气干 , 约达平衡含水率时 , 在
材质好的 地 方 ( 均 匀 、 无 节 疤 等 缺 陷
处 ) , 截取长约 40 厘米的 一 段 , 按 下列
图 2 制做试样 :
取试样 工 、 I 、 l 三块 。 每块试样的
长和宽均为 12 厘米 , 厚度 , 试样 I 和 I 各
为 4 厘米 , 试样 l 为 1 . 2厘米 。
试 验 方 法
试验采用天津 建 筑 仪 器 厂 生 产 的
D R M一 1型热脉冲法导热系数测定 仪 。
按仪器设计原理 , 为便于在试样中夹放加
热器和测温热电偶 , 每组试样三块 , 两块
厚 ( 即图 1中的 试 样 工及 l ) , 1块 薄
( 试样 l ) , 薄的置中间 。
将 气干试样放在无吸温剂的干燥器内
存放约 30 天左右 , 使其 内外含水率趋于一
致后 , 再进行试验 。
{
图 l , 试 样 分 配
户 , /之 了 /夕 `弄 了厂一一了一一一了一义 /
图 2 、 试 样 制 作
用千分尺测量试样长 、 宽 、 厚的尺寸 , 准确至 0 . 01 毫米。 薄试样的厚度 , 从靠近四边的
中部取 4 点测量 , 取平均值 。
称 出每块试样的重量 , 厚试样准确至 0 . 1克 , 薄试样准确至 0 . 01 克 。
由试样尺寸和重量计算出试验时含水率条件下的密度 。
按仪器规定的试验操作程序进行试验 。 由试验记录可计算出试样的导温系数 、 导热系数
和比热 。 `
结果与讨论
现将试验结果列入表 2 。
由表 2 可知 , 沙兰杨木材的热学性质的平均值为 :
1
、 导热系数 ( 千卡 / 米 · 小时 · ℃ ) :
径向为 : 0 . 0 8 7 5 7 5
38 河 南 农 学 院 学 报 1 98 2年
沙兰杨 ( P op ul u s e ur a m er i e an a CV “ s a er a u 7 9, )
表 2 木材比热 、 导热系数及导温系数
含水率%
中 层
鱼 止竺- 二到里些一 }上 层 {中 层 }下 层 {
导温系数 ( 米 “ /小时 )
289357肠4招1no八O勺d以jCJO口今00八甘Un.Uùnnù0.1山n6工勺11丹匕J块, .一,上即`qé目OU35涎韶724貂n一八Un丹1.nùó.01一 1一 1
一 2
1一 2一 1
一2
2一 1一 1
一 2
2一 2一 1
3一 1一 1
一2
3一 2一 1
3一 2一 2
径向平均
1 1
。
8 9
1 2
。
0 4
1 1
。
9 6
1 1
。
7 7
1 2
。
3 5
1 1
。
4 0
1 2
。
1 7
1 1
。
6 9
1 1
。
6 0
1 1
。
9 7
1 1
。
9 7
1 1
。
8 9
0
。
3 2 8
0
.
3 3 3
0
。
3 3 8
0
。
3 3 7
0
。
3 3 8
0
。
3 4 1
0
。
3 3 0
0
。
3 5 6
0
。
3 4 4
0
。
3 4 6
0
。
3 3 2
0
。
3 39
0
。
0 0 0 6 6 1 8
0
。
0 0 0 6 6 0 0
0
。
0 0 0 6 4 6 5
0
。
0 0 0 6 6 5 7
0
。
0 0 0 6 6 3 3
0
。
0 0 0 6 5 0 5
0
。
0 0 0 6 5 1 2
0
。
0 0 0 6 4 3 2
0
。
0 0 0 6 7 2 9
0
。
0 0 0 6 8 6 2
0
。
0 0 0 6 9 3 0
0
。
0 0 0 6 6 3 1
径向
1一 1一 1
一 2
l一一 2
2一 1一 1
一 2
2一 2一 1
一 2
忍一 1一 1
一 2
3一 2一 1
一 9
弦向平均
0
。
3 2 7
0
。
3 3 4
0
。
3 3 4
0
。
3 2 9
0
。
3 3 3
0
。
3 4 1
O
。
3 3 3
0
。
3 3 9
0
。
3 4 0
0
。
3 3 6
0
。
3 4 1
0
。
3 3 6
0
。
3 2 5
0
。
3 3 4
0
。
3 3 6
0
。
3 3 8
0
。
3 3 4
0
。
3 4 4
0
。
3 3 1
0
。
3 3 7
0
。
3 3 9
0
。
3二6
0
。
3 4 5
0
.
3 3 6
0
。
3 2 9
0
。
3 3 4
0
。
3 4 1
0
。
3 3 1
0
。
3 3 0
0
。
3 4 3
0
。
3 3 1
0
。
3 4 0
0
。
3 3 8
0
。
3 3 7
0
。
3 3叹
0
。
3 3 6
0
。
0 0 0 5 4 7 4
0
。
0 0 0 5 3 9 8
0
。
0 0 0 5 5 3 3
0
。
0 0 0 5 6 1 1
0
。
0 0 0 5 6 8 2
0
。
0 0 0 5 4 3 0
O
。
0 0 0 5 5 8 0
0
。
0 0 0 5 8 3 2
0
。
0 0 0 5 5 9 5
0
。
0 0 0 5 5 4 6
0
。
0 0 0 5 4 3 2
0
。
0 0 0 5 5 5 5
920143’586n 071212
总 平 均 }
1 1
· 。 8
{
“ · 3 38
0
。
3 3 7 3 3 7 0
。
0 0 0 6 0 9 3.
八U1
.夕
弦向为 : 0 . 0 7 3 2 6 ,
径弦向平均为: 。 . 0 8 0 4 2 ,
2 、 导温系数 ( 米 2 / 小时 )
第 3期 沙 兰 杨 木 材 热 学 性 质 的 研 究 3 9
导热系数 ( 千卡 /米 ·小时 · ℃ )
续表 2
比热 ( 千卡 /公斤 · ℃ )
向径 向 !弦 向 …径 ;。 ’ 一 !弦 向
0
。
0 8 4 5 9
O
。
0 8 8 6 2
0
。
0 8 4 6 3
0
。
0 8 6 2 2
O
。
0 8 0 5 5
O
。
0 8 8 8 8
0
。
0 8 2 9 9
0
。
0 8 8 4 3
0
。
0 9 16 3
O
。
0 9 1 96
0
。
0 8 8 4 7
O
。
0 8 7 5 7
O
。 方 9二 3
0
。
3 7 50
O
。 艺 90 7
0
。
8 3 7 9
0
。
8 36 3
0
。 注0 0 9
0
。
38注 9
0
。
36 8 5
0
。
4 16 5
0
。
8 3 5 1
0
。
2 3 9 7
0
。
8 8 3 9
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径向
弦
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1一 1一 1
一石
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3一2一 1
一 今
弦向平均
0
。
0 7 0 1 8
0
。
0 7 3 2 2
0
。
0 7 6 0 0
0
。
0 7 5 1 6
0
.
0 7 3 1 6
0
。
0 7 3 0 2
0
。
0 7 3 6 1
0
。
0 7 5 6 3
0
。
0 7 2 1 0
0
.
0 7 0 8 4
0
。
0 7 2 9 7
0
。
0 7 3 2 6
3
。
3 9 4 4
0
。
4 0 6 0
0
。
4 0 8 7
0
。
39 6 3
0
。
38 5 4
0
。
39 0 9
O
。
39 8 5
0
。
38 4 7
0
. 言8 0 1
0
。
38 0 0
0
。
38 9 3
0
。
39 2 2
0 8 0 4 2 0
。
3 9 0 6
注 : 试样编号 : 1一 1一 1表示第一株树第一半径第一块试样余类 让。
径向为 : 0 . 0 0 0 6 6 3 1 ,
弦向为 : 0 . 0 0 0 5 5 5 5 ,
径 、 弦向平均为: 0 . 0 。的 9 3 ;
3 、 比热 ( 千卡 / 公斤 . ℃ )
径 向为 : 0 . 3 5 8 9 ,
4 0河 南 农 学 院 学 报 1 9 8 2年
弦向为 : 0 .3 9 2 2,
径 、 弦向平均为 : 。 . 3 9 0 6。
试样含水率平均约 12 % , 气干密度平均为 0 . 3 7克 / 厘米 ’ 。
试验是在常温下进行 , 试验时的平均温度为 1 8 . 3℃ 。
由试验结果可知 :
1
、 导热系数
( 1 ) 在我国主要针阔叶树种的木材中沙兰杨木材的导热系数是比较小的一种 。这是由
于沙兰杨生长快 , 密度小的原因 。 木材的导热系数和密度成正相关。 因此 , 沙兰杨木材是优
良的保温隔热材料 。
沙兰杨木材的导热系数和速生泡桐木材 , 特别是揪 叶泡 桐 ( P a d o w in a C at a l p i f o l -
ia ) 的木材的导热系数很近似 。 河南省篙县产揪叶泡桐木材的径向导热系数为 0 . 0 8 0 5 ( 沙兰
杨为 0 . 0 8 7 5 ) , 弦向导热系数为。 . 0 6 4 5 ( 沙兰杨为0 . 0 7 3 2 ) 。 因泡桐也是速生树种 , 泡桐和
沙兰杨木材密度 由于速生而均小 , 所以两者的导热系数也都小而近似 ; 木材密度大的树种 ,
导热系数也大 。 例如河南省郑州市的刺槐 ( R o b i n i a P s e u a o a e a e i a ) 木材密度较大 ( 全干
密度 0 . 7 13 克 / 厘米 ” ) , 其导热系数大得多 , 径向导热系数为 0 . 1 4 8 , 弦向为 0 . 1 5 4 , 比沙兰
杨的大 68 % , 而全干密度大 15 % 。 由此可知 , 速生木材的导热系数 , 总的来说 , 都是密度小
而较低 。
( 2 ) 沙兰杨木材的径向导热系数比弦向约大 16 % 。 这也符合木材热学性质 的 一 般 规
律 , 因一部分热流沿径向通过 。 据 G r i f ht , 、 K a ye 及 W a 二 g ar d等报导木材径 向导热系数比
弦向大 5一 10 % 。
( 3 ) 木材的导热系数 和木材的密度及含水率关系很密切 。 当木材 的 含水 率 ( W ) 为
1 2%时 , 其密度为全, 2 ( 克 / 厘米 “ ) , 则木材的导热系数 ( 干卡 / 米 ·小时℃ ) (入, : ) 的 相
关方程式 , 参考柯尔曼 ( F . P . K ol l m a n n ) 的研究为 : 入, : 二 0 . 17 7丫 , : + 0 . 0 2 0 5 千 卡 / 米
· 小时 · ℃ , 根据沙兰杨的木材的这项实际测得值和根据上述公式算得的理论计算值比较极为
近似 , 可供估测参考 。 郑州木材的平衡含水率平均约为 12 % 。
含水率 ( w ) 与导热系数 ( 久千卡 / 米 · 小时 · ℃ ) 的相关计算式 , 推荐用柯尔曼 的 下
式计算:
入二 ( 1 . 39 十 0 . 帐 s w ) 十 0 . 1 6 5。 可作估测时的参老 。
根据 M a e l e a 。 、 N a r a y a n a m u r t i 、 R a n g a t il a n 、 T h : n e l l 、 L u n d g u i s t及 K o l l m a n -
n 等的研究 , 木材的纵向导热系数 ( 含水率为 6一5% ) 为其横向 的 2 .巧一 2 . 75 倍 , 可 供 参
考 。
2
、 导温系数
( 1 ) 沙兰杨木材的导温系数 , 径向比弦向 , 约大 10 % , 这和我国大多数主要木材的这
项规律相一致 ;
( 2 ) 沙兰杨木材的导温系数 , 在我国的主要木材中是比较大的 。 这是由于沙兰杨木材
的密度较小的原 因。
3
、 比热
第 3 期 沙 兰 杨 木 材 热 学 性 质 的 研 究
(1 ) 沙兰杨木材的比热 , 弦向略大于径 向 , 约大 1 % , 两者差异不显著 ;
( 2 ) 沙兰杨木材的比热在我国的主要木材中是比较高的 。
结 论
1
、 沙兰杨木材的导热系数平均 为 。 . 0 8 0 4 2 千卡 / 米 · 小 时 · ℃ , 导 温 系 数 平 均 为
0
.
0 0 0 6 0 9 3米 2 / 小时 , 比热平均为 0 . 3 9 0 6千卡 / 公斤 · ℃ 。
2
、 沙兰杨木材的径向和弦向的热学性质数值不一样 , 其中 , 导热系数和导温系数 , 径
向比弦向大 , 而比热则弦向大于径向。
3
、 沙兰杨木材的导热系数 , 在我国的主要针阔叶树种中 , 是比较小的 , 因此是优良的
保温隔热材料 。
4
、 从沙兰杨木材热学性质的测定和研究中可知 : 凡生长速度特别快的树种因木材密度
较小 , 木材导热系数 一 般 较大 , 沙兰杨木材是这样 , 其它速生树种 , 例如泡桐 等 也 是 这
样 。
参 考 文 献
1 、 西安冶金建筑学院物理试验室 , 1 9 7 , 建筑热工设计 。 中国建筑工业 出版社 。
2
、
A
·
Y
, 富兰楚克 , 1 9 5 8 , 建筑材料热工指标 。 建筑出版社 。
3
、 国家建筑委员会建筑结构研究所 : 建筑材料导热系数测定法 。
4 、 建筑研究院物理研究所 : 测定建筑材料热物理系数 : “ 热脉冲法 ” 。
5
、
K o l l m a n n
,
F
·
P
· ; C o t e
,
W
·
A
· , 1 9 6 5 , P r i n e i p l e o f W
o o d s e i e n e e
a n d t
e e
h n
o l o g y
。
2 4 5一2 5 6。
6
、
W
a 场 n g a a r d , F . F . , 1 9 4 0 , H e a t , P I P , a i r C o n d i t 。 1 2 : 4 5 9。
7
、
M a e L e a n
,
J
·
D
. , 1 9 3 2 : H e a t i n g P i p i n g a n d a i r e o n d i t i o n i n g
。
1 3 :
3 3 0
0