Описание экспериментальной установки. Определение коэффициента теплопроводности твердых теплоизоляционных материалов

Лабораторная работа №5

Определение коэффициента теплопроводности твердых теплоизоляционных материалов.

Цель и задачи работы:

- ознакомление со стационарным методом измерения коэффициентов теплопроводности теплоизоляционных материалов и проведение измерений теплопроводности на автоматизированном учебном лабораторном стенде;

- э кспериментальное определение коэффициента теплопроводности различных плоских материалов.

Основные сведения

Стационарные методы измерения теплопроводности, простейшие по теоретическому обоснованию, начали развиваться раньше других методов и в настоящее время достигли значительного совершенства за счет использование современных средств контроля и измерения. С их помощью исследуются самые различные материалы: металлы, полупроводники, теплоизоляторы, волокна, порошки, жидкости и газы.

Для изучения теплопроводности твердых теплоизоляционных материалов, неметаллических жидкостей и газов применяются, в основном, методы, в которых испытуемый образец имеет форму пластины, трубы или полого шара и обеспечиваются условия для протекания через образец одномерного теплового потока.

Рассмотрим плоскопараллельную пластину, пронизываемую одномерным тепловым потоком с линиями тока, перпендикулярными к поверхности пластины. Плотность теплового потока теплопроводностью через такую пластину может быть рассчитана по закону Фурье:

, (Вт/м²), (1)

где - коэффициент теплопроводности материала пластины, (Вт/(м·К));

- температуры поверхностей пластины, (К);

- толщина пластины, м

Формула (1) применяется в том случае, если коэффициент λ принимается постоянным, не зависящим от температуры, что справедливо при малых перепадах температуры. В общем же случае, следует учитывать зависимость коэффициента теплопроводности материала от температуры.

Известно, что для большинства теплоизоляционных материалов в узком интервале температур (до 50 ⁰С) величина коэффициента теплопроводности с достаточной степенью точности может быть принята постоянной.

При использовании образцов конечных размеров часть теплового потока, поступающего в образец, рассеивается во внешнюю среду через торцовые поверхности и это необходимо учитывать в эксперименте.

Если образцы изготовлены из воздушно-пористых материалов малой плотности, или исследуются газы или жидкости, то рассеиванием теплоты через торцевые поверхности можно пренебречь.

Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка показана на фотографии рисунок 1, а ее принципиальная схема на рисунке 2.

Рисунок 2 – Фотография лабораторного стенда

Рисунок 1 – Схема экспериментальной установки

1 – корпус, 2 – теплоизолирующий материал, 3 – нагреватель, 4 – эталонный образец с известной теплопроводностью, 5 –диск с термопарой, 6 –испытываемый образец, 7 – радиатор, 8 – вентилятор, 9 – стойка монтажная, 10 – прижимная пластина, 11 – ЛАТР.

Установка состоит из корпуса 1 (рисунок 2), расположенного между монтажными стойками 9, удерживающими прижимное устройство 10. Нагреватель 3, установленный на теплоизолирующей подложке 2 подключается к лабораторному автотрансформатору 11. К нагревателю сверху плотно прижимается последовательно испытуемый образец с известной теплопроводностью 4, диск с термопарой 5 и испытываемый материал 6. Термопара Т₁ закреплена на корпусе нагревателя снизу, Т₂ – сверху диска, Т₃ –снизу диска радиатора. Напряжение на автотрансформаторе (ЛАТР) отображается на его стрелочном приборе, а также может фиксироваться программой.

Напряжение нагревателя регулируется автотрансформатором, ограниченным диапазоном регулирования 0… 40 В. В процессе регулирование к клеммам «выход» может быть подключен мультиметр для более точной фиксации напряжения подаваемого на нагреватель. Температур, измеряемые термопарами, в режиме реального времени отображаются на измерителях ТРМ 200.

Поиск по сайту: