 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Методика и порядок проведения работы
Коэффициент теплопроводности исследуемого сыпучего материала определяется из общего выражения для теплового потока через цилиндрическую двухслойную стенку, состоящую из слоя материала и наружной трубы
 ,
| (1.3) |
где tвс – температура внутренней поверхности сыпучего материала (наружной поверхности внутренней трубы), ºC,
tнт – температура наружной поверхности наружной трубы, ºC;
Q – тепловой поток, проходящий через двухслойную цилиндрическую конструкцию в радиальном направлении, Вт,
lc и lтр – соответственно коэффициенты теплопроводности исследуемого сыпучего материала и наружной трубы, Вт/(м К).
Из выражения (1.3) искомая величина коэффициента теплопроводности сыпучего материала будет равна:
 .
| (1.4) |
Геометрические характеристики установки (d 1, d 2, d 3, L) – известны из описания установки (п. 1.3.), lтр = 23 Вт/(м·К). Т.о. необходимо опытным путем определить только значение теплового потока и значения температур внутренней и наружной поверхности цилиндрического слоя материала.
Значение теплового потока не сложно подсчитать по затрачиваемой мощности электронагревателя Q = W = I × U, Вт.
Значения внутренних и наружных температур определяются с помощью соответствующих термопар и потенциометра, к которому они подключены. Затем полученные значения температур усредняются для наружной и внутренней поверхности соответственно.
, ºC и 
, ºC,
где t2, t4, t6 – показания внутренних термопар, ºC,
t1, t3, t5 – показания наружных термопар, ºC;
Полученное таким образом значение коэффициента теплопроводности следует относить к средней температуре исследуемого материала:
,
где t нс – температура наружного слоя сыпучего материала, т.е. внутренней стенки наружной трубы, определяемая по известной величине lc из рассматриваемого процесса теплопроводности только через цилиндрический слой исследуемого сыпучего материала.
На основании формулы (1.2) получим
, º С.
Все приведенные вычисления справедливы только для стационарного (равновесного) теплового режима, когда количество тепла воспринятого внутренней поверхностью равно количеству тепла отданного наружной поверхностью. Поэтому, прежде чем снимать показания приборов, необходимо убедиться в том, что внутренние и наружные температуры с течением времени перестали меняться и остаются постоянными. Экспериментальные величины необходимо свести в таблицу 1.1.
В связи с тем, что все тепловые процессы инерционны, в данной работе для установления стационарного теплового режима требуется существенное время. Поэтому за время занятия рекомендуется провести всего два-три опыта. Данные остальных тепловых режимов установки выдаются преподавателем каждому студенту по индивидуальному варианту.
Таблица 1.1 – Экспериментальные значения рабочих параметров по результатам наблюдений.
| № режима | U, В | I, А | t1, °С | t2, °С | t3, °С | t4, °С | t5, °С | t6, °С |
Результаты обработки экспериментальных данных по всем режимам необходимо представить в виде таблицы 1.2 и проверить на компьютере с помощью специальной программы, разработанной в редакторе электронных таблиц Excel.
Таблица 1.2 – Результаты обработки опытных данных.
| № режима | U, В | I, А | W, Вт | t вс, °C | t нт, °C | t нс, °C | l с, Вт/(м×К) | t ср, °C |
Затем, на основании проверенных расчетных данных надо построить график функциональной зависимости 
.
Известно, что изменение коэффициента теплопроводности от температуры для подавляющего большинства материалов подчиняется линейному закону. Следовательно, вид функции имеет следующий вид:
,
где l 0 – значение коэффициента теплопроводности исследуемого материала при нуле ºС; b –постоянная, численно равная тангенсу угла наклона линии изменения l с к оси температуры. Величины l 0 и b определяются из графика.
При возможности, расчеты и построение графика также рекомендуется выполнять в Excel. Кроме того, инструменты точечной диаграммы Excel позволяют автоматически рассчитывать эмпирические коэффициенты l 0 и b.
Данная лабораторная работа считается выполненной, кода студент, присутствующий на занятии и выполнивший практическую часть работы, представляет преподавателю письменный отчет выполненной лабораторной работы в полном объеме.
Содержание отчета и его форма
Отчет оформляется в 18-листовой тетради и должен содержать следующие пункты:
– тема работы,
– цель работы,
– краткое описание работы,
– принципиальную схему опытной установки,
– протокол записи показаний измерительных приборов и таблицу результатов обработки опытных данных,
– подробные расчеты с краткими пояснениями для первого опыта,
– график зависимости коэффициента теплопроводности от средней температуры,
– определение опытных величин b и l0 и сопоставление результатов опыта с литературными данными,
– выводы по данной лабораторной работе.
Вопросы для защиты работы
1. Физическая сущность процесса теплопроводности.
2. Содержание основного закона теплопроводности и его приложение к телам простой геометрической формы.
3. Коэффициент теплопроводности и факторы, влияющие на его величину.
4. Устройство опытной установки, осуществление предпосылок теории.
5. Дать определение градиента температуры.
6. Единица измерения количества теплоты.
7. Как описывается температурное поле?
8. Как определяется тепловой поток в лабораторной работе?
9. Назвать основные виды теплообмена.
10. Определить тепловой поток через поверхность 5 м паропровода с внутренним диаметром d в=220 мм, изолированного изоляцией толщиной d из=50 мм. Коэффициент теплопроводности трубы l т =58 Вт/(м×К), изоляции l из =0,047 Вт/(м×К). Температура на внутренней поверхности трубы t в=170ºС, и на наружной поверхности изоляции t н =50 ºС.
11. Определить значение коэффициента теплопроводности для t c=500ºС, используя уравнение его линейной зависимости от температуры (по результатам эксперимента в лабораторной работе).
12. Определить коэффициент теплопроводности кирпичной стенки печи толщиной d = 38 мм, если температура на внутренней поверхности стенки t в=900ºС и на наружной t н = 110 ºС. Потери теплоты через стенку q=300 Вт/м2.
13. Определить эквивалентный коэффициент теплопроводности стальной стенки парового котла, если стенка покроется слоем накипи
dн = 5 мм с коэффициентом теплопроводности l н = 0,23 Вт/(м×К). Толщина стального листа d с =12 мм, коэффициент теплопроводности l с = 45 Вт/(м×К).
14. Размерность коэффициента теплопроводности.
15. Размерность коэффициента термического сопротивления.
16. Связь между температурами измеренными по шкале Цельсия и по шкале Кельвина.
17. Связь между удельным и абсолютным тепловым потоком, их размерности.
18. Термическое сопротивление многослойной плоской стенки.
19. Указать параметры неустановившегося температурного поля.
20. Уравнение закона Фурье.
21. Формула для определения линейной плотности теплового потока для многослойной цилиндрической стенки.
22. Формула для определения теплового потока через многослойную плоскую стенку.
23. Через плоскую металлическую стенку топки котла толщиной
d с = 7 мм от газов к воде проходит удельный тепловой поток q = 2500 Вт/м2. Коэффициент теплопроводности стали l c = 32 Вт/(м×К). Определить перепад температуры на поверхностях стенки.
24. Что такое температурный напор?
Список рекомендуемой литературы
1. Теплотехника: Учебник для вузов/ В.Н.Луканин, М.Г.Шатров, Г.М.Камфер и др.: Под ред. В.Н. Луканина. –М.: Высш. шк., 1999. –671с.
2. Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. - М.:Стройиздат, 1991.-480 с.
Поиск по сайту: