 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Обработка результатов экспериментального исследования. В качестве опытных образцов используются диски из асбестового картона
В качестве опытных образцов используются диски из асбестового картона. Коэффициент теплопроводности асбестового картона определяется экспериментально при различных температурах. Проводится не менее трех опытов. После этого находится зависимость значений l от температуры.
При проведении эксперимента задается температура на горячей поверхности образцов tг с экрана монитора или на пульте управления. При одном значении tг проводятся три опыта при разных значениях напряжения на нагревателе U.
В качестве примера задается температура на горячей поверхности образцов tг = 70 оС. Перепад напряжения на нагревателе последовательно уменьшается от U = 72,233 В до U = 60,333 В. Значения ЭДС термопар переводятся в оС по табл. 4. Опытные данные, полученные в процессе эксперимента, представлены в табл. 6.
Таблица 6
Опытные данные по исследованию коэффициента
теплопроводности теплоизоляционного материала
Заданная температура на горячей поверхности tг = 70 оС.
| № опыта | Показания | |||||||
| Напряжение | Температура, оС | |||||||
| U, В | t1 | t2 | t3 | t4 | t5 | t6 | t7 | |
Как видно из данных табл. 6, температура образца со стороны нагревателя не зависит от падения напряжения на нагревателе, а определяется лишь заданной температурой на горячей поверхности.
Учитывая симметричность передачи теплоты от нагревателя через два одинаковых образца, принимается:
1 – через каждый образец проходит только половина теплового потока направленного от нагревателя к образцам;
2 – «исследуемый» образец имеет температуры, осредненные по двум опытным образцам 8.
В качестве примера приводится расчет определения коэффициента теплопроводности по данным первого опыта.
Обработка опытных данных начинается с определения средней температуры «горячей» tс1 и «холодной» стороны tс2 исследуемого образца:
tс1 = 
, оС, (14)
tс2 = 
, оС. (15)
Отметим, что температура «горячей» стороны исследуемого образца на заданном режиме будет постоянна.
Средняя температура образца вычисляется по температурам на поверхности:
t = 
, оС. (16)
Количество теплоты, выделяемое нагревателем в единицу времени (тепловая мощность) определяется по закону Джоуля – Ленца:
Qн = U×I = 
, Вт, (17)
где I – сила тока, проходящего по нихромовой проволоке нагревателя, А; Rt – электрическое сопротивление нихромовой проволоки, Ом.
Электрическое сопротивление зависит от вида материала, диаметра и длины, а также температуры проволоки нагревателя. Для данного нагревателя величина электрического сопротивления определяется только его температурой tн:
Rt = 385 + 0,115×tн. (18)
Температура нагревателя численно равна температуре на горячей поверхности исследуемого образца и постоянна для трех опытов на заданном режиме:
tн = tс1, оС.
Электрическое сопротивление нагревателя:
Rt = 385 + 0,115×tн., Ом. (19)
Тепловой поток от нагревателя:
Qн = , Вт. (20)
Так как теплота от нагревателя передается во все стороны, то часть теплоты будет теряться от боковой поверхности нагревателя через оболочку-изолятор в окружающую среду.
Потери теплоты в единицу времени через боковую поверхность определены при тарировочных испытаниях и зависят только от разности температур между нагревателем tн и окружающей средой t7:
Qпот = 0,0320841 × (tн - t7), Вт. (21)
Тепловой поток, проходящий через исследуемый образец:
Q = 
, Вт. (22)
Опытное значение коэффициента теплопроводности образца при средней температуре t составляет:
l оп = 
, Вт/(м.К). (23)
Для асбестового картона температурная зависимость значений коэффициента теплопроводности аналогична соотношению (3) и имеет вид:
lт = 0, 157 + 14×10-5×t, (24)
Относительное расхождение опытного и расчетного значений коэффициентов теплопроводности составляет:
%. (25)
Аналогичный расчет проводится и по следующим двум опытам при заданной температуре на горячей поверхности образца.
По результатам расчетов составляется таблица данных по исследо-
ванию коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала
(табл. 7).
Таблица 7
Опытные данные по исследованию коэффициента теплопроводности
теплоизоляционного материала
| №№ пп | Параметр | № опыта | ||
| Толщина образца d× 10-3, м | 6,0 | |||
| Площадь поверхности образца F × 10-4, м 2 | 32,17 | |||
| Средняя температура «горячей» стороныобразца tс1, оС | ||||
| Средняя температура «холодной» стороны образца tс2, оС | ||||
| Средняя температура образца t, оС | ||||
| Средняя температура нагревателя tн, оС | ||||
| Тепловая мощность нагревателя Qн, Вт | ||||
| Тепловые потери Qпот, Вт | ||||
| Тепловой поток через образец Q, Вт | ||||
| Опытное значение коэффициента теплопроводности l оп, Вт/(м.К) | ||||
| Теоретическое значение коэффициента теплопроводности l т, Вт/(м.К) | ||||
| Относительная ошибка e, % |
Как видно из данных табл. 7 и рис. 3, полученные значения коэффициента теплопроводности асбестового картона хорошо согласуются с теоретическими значениями. В исследуемом диапазоне температур наблюдается, хоть и незначительное, увеличение значений коэффициента теплопроводности.
Рис. 3. Температурная зависимость коэффициента теплопроводности
асбестового картона
Увеличение численных значений коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов с ростом температуры объясняется повышением значений коэффициента теплопроводности воздуха, заполняющего поровое пространство.
Вопросы для самопроверки
1. Что такое теплообмен? Приведите пример.
2. Какие существуют формы передачи теплоты?
3. Что такое теплопроводность? Приведите пример.
4. Что такое конвекция? Приведите пример.
5. Что такое излучение? Приведите пример.
6. Опишите механизмы передачи теплоты теплопроводностью в твердых телах, жидкостях и газах.
7. Что такое тепловой поток, плотность теплового потока?
8. Запишите закон Фурье для теплового потока, плотности теплового потока.
9. Какой физический смысл коэффициента теплопроводности?
10. Какие численные значения коэффициентов теплопроводности металлов, жидкостей и газов?
11. От чего зависит величина коэффициента теплопроводности?
12. Что такое теплоизоляционный материал?
13. Приведите математическое выражение температурного поля.
14. Запишите дифференциальное уравнение теплопроводности.
15. Приведите математическое выражение температурного поля плоской однослойной пластины (стенки).
16. Запишите соотношения для теплового потока, плотности теплового потока через плоскую стенку.
17. По температурному полю в двухслойной плоской стенке определить: какой коэффициент теплопроводности больше l1 или l2?
18. Почему с ростом температуры увеличиваются численные значения коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов?
19. Почему влажный теплоизоляционный пористый материал теряет свои теплоизоляционные свойства?
20. В чем заключается метод пластины для определения коэффициента теплопроводности?
ЛИТЕРАТУРА
1. Исаченко В. П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. - М.: Энергоиздат, 1981. – 417 с.
2. Поршаков Б.П., Бикчентай Р.Н., Романов Б.А. Термодинамика и теплопередача (в технологических процессах нефтяной и газовой промышленности): Учебник для вузов. – М.: Недра, 1987. – 349 с.
3. Практикум по теплопередаче: Учеб. пособие для вузов /А.П. Солодов, Ф.Ф. Цветков, А.В. Елисеев, В.А. Осипова. Под ред. А.П. Солодова. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 296 с.
4. Теплотехнический справочник. Издание 2-е переработанное. Под редакцией В.Н. Юренева и П.Д. Лебедева. Т. 1. – М.: Энергия, 1975. – 744 с.
Поиск по сайту: