полимолекулярной адсорбции, ВС - капиллярносвязаниой влаге. Если необходима количественная оценка, можно при наличии сорб-ционной изотермы материала вычислить из выражения (1-1) энер-, гию связи для любых равновесных влагосодержаний в гигроскопической области (см., например, [Л. 1-4]).

Существует и ряд экспериментальных методов анализа форм связи влаги, из которых наибольший интерес представляют адсорб-ционно-структурные, теплоты смачивания, термографические, в частности кинетический метод термограмм изотермической сушки [Л. 1-2] и его сочетание с энергограммами сушки ![Л. 1-5]. Достоинством последних методов является возможность определения по результатам одного опыта водоудерживаюшей способности материала по отношению ко всем возможным формам и видам связи влаги, причем затрата времени составляет несколько часов. Общими недостатками аналитических методов являются громоздкая методика и значительная длительность анализа, необходимость отбора образцов, а иногда и их разрушение. Значительный интерес представляет привлечение для такого анализа электрических и других физических методов измерения влажности, свободных от перуечисленных недостатков; работы, выполненные в этом направлении, рассматриваются в главах, посвященных соответствующим методам.

Механизм переноса влаги в капиллярнопоршстых телах весьма сложен. Влага перемещается в виде пара и жидкости, причем следует различать влагоперенос внутренний и внешний - с поверхности тела в окружающую среду. Теория процессов массо- теплопереноса разработана з СССР А. В. Лыковым и другими исследователями.

Приведем в элементарном виде некоторые положения этой теории, используемые в измерениях влажности. Явления тепло- и массопереноса рассматриваются во взаимосвязи, и к массопереносу по аналогии применим ряд термодинамических понятий. Важнейшим из них является потенциал переноса влаги .(потенциал массопереноса) 6 (аналог температуры при переносе тепла), под воздействием которого происходит перемещение влаги.

В гигроскопической области потенциал массопереноса рарен химическому потенциалу ц данного вещества и энергии связи одного моля воды с веществом: В = ц=£. При постоянной температуре Т он является функцией влагосодержания ы материала: 6=(1/Ст)м, где Cm-кудельная изотермическая влагоемкость (аналог удельной теплоемкости) материала. При постоянстве Ст потенциал 6 связан с влагосодержанием линейной зависимостью. Единицей потенциала 6, определяемой экспериментальным путем по Лыкову, принимают сотую долю максимального гигроскопическо10 влагосодержания Нг.з эталонного тела, в качестве которого была выбрана целлюлоза в виде фильтровальной бумаги: в=100«э/«г.э> где Нэ - удельное влагосодержание эталона, приведенного в непосредственное соприкосновение с исследуемым материалом, причем оба тела находятся в состоянии термодинамического равновесия.

Величиной, родственной 6 и применяемой в агрофизике, является величина pF=\g F (f-сосущая сила). В гигроскопической области F можно опредепйть по формуле:

F = ln,. (1-2)

где М-молекулярная масса воды; g - гравитационная постоянная. Остальные обозначения - см. формулу (1-1). В области влажного

состояния тела величина pF пропорциональна капиллярному давлению и определяется с помощью тензиметров.

Внутренний изотермический перенос влаги в виде жидкости можно описать общим законом массопереноса:

<?=-fegrade,„, (1-3)

где q - плотность потока влаги, равная количеству влаги dG, переносимому в единицу времени т через единицу площади S эквипотенциальной поверхности:

dG 1

- коэффициент массопроводности (влагопроводностн), кг X X мольЦч-м-дж); grad 6т - градиент потенциала массопереноса, дж/ {моль • м).

В нензотермических условиях влага перемещается тюд действием не только градиента влажности, но и градиента температуры (термо-влагопроводность).

Дифференциальное уравнение влагопереноса, описывающее изменение влагосодержания во времени для трехмерного потока влаги в изотропном теле, имеет следующий вид (аналогичный уравнению теплопереноса):

-==a„,Vu + a,v4, (1-4)

где и - влагосодержание, кг влаги на 1 кг сухого вещества; я - коэффициент диффузии влаги, м/сек; S-термоградиентный коэффициент, кг/(кг-град); f - температура материала, град; =

/ . д , д \ "("Эх if 5?~)~°™Р™Р "" ™ декартовых координат X, у, Z,

Пользование уравнениями (1-3) и (1-4) затрудняется тем, что их коэффициенты k, От, б не постоянны, а являются функциями влажности и температуры материала и некоторых других переменных; их значения определяют различными экспериментальными методами.

Для измерений влажности большое значение имеют процессы контактного влагообмена, т. е. массопереноса прн непосредственном соприкосновении двух тел. Если массообмен происходит только через поверхность контакта двух тел, имеющих разные значения потенциалов массопереноса 6i и 62, его можно описать уравнением, аналогичным (1-3):

-=й,.Лф(6.-6,). (1-5)

где fe.2-коэффициент контактной массопроводности; 5эф - площадь эффективной (учасгвующей в контактном массообмене) поверхности тел.

Согласно уравнению (1-5) влагообмен продолжается до достижения равенства потенциалов массопереноса 61=62.

в случае, когда влагообмен происходит через воздушную прослойку, он описывается уравнениями (для ei>e2):

(1-6)

где Gj.g и Gg.g - количества влаги, переносимые в единицу времени через единицу поверхности из материала / в воздух и из воздуха в материал 2; Sg. - плош:ади поверхностей материалов 1 vi 2,

участвующие в влагообмене с воздухом; Ki.g, K2.r - коэффициенты массопередачи между материалами 1, 2 и воздухом; 6 - потенциал массопереноса воздуха.

1-2. ВЕЛИЧИНЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ СОДЕРЖАНИЕ ВЛАГИ В ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛАХ И ЖИДКОСТЯХ

Ввиду отсутствия установленных стандартом единиц измерения влагосодержания в настоящем параграфе рассматриваются величины, принятые для этой цели в научно-технической литературе и на практике.

Наиболее распространенными являются две величины: влагосодержание и влажность. Обе являются относительными и выражаются в безразмерных единицах. Ранее применялись наименования: абсолютная влажность (вместо влагосодержания) и относительная влажность (вместо влажности).

Под влагосодержанием (массовым) и понимается отношение массы влаги М, содержащейся в теле, к массе абсолютно сухого тела Мо:

Под влажностью 1(массовой) W понимается отношение массы влаги М, содержащейся в теле, к массе влажного материала Mi:

«==ЖТЛГ- (-8)

Эти величины иногда выражают через веса и в процентах. В таком случае выражения (1-7) и (1-8) прини-