лаба 2 (Лабораторная работа №2)

Назначение работы

Целью работы является углубление знаний по теории теп­лопроводности, изучение методики экспериментального опре­деления коэффициента теплопроводности изоляционных ма­териалов и получение навыков в проведении эксперименталь­ных работ.

В результате работы должно быть усвоено:

физическая сущность процесса теплопроводности;

содержание основного закона теплопроводности;

понятие о коэффициенте теплопроводности и методах его определения.

К лабораторной работе разрешается приступать после предварительной проработки следующей литературы:

Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопере­дача.—М.: Энергоиздат, 1981, гл. 1, § 1—5, гл. 2, § 2. Задание

1. Найти значение коэффициента теплопроводности иссле­дуемого материала.

2. Определить зависимость коэффициента теплопроводнос­ти от температуры.

3. Составить отчет по выполненной лабораторной работе.

Описание методики и опытной установки

Согласно закону теплопроводности Фурье, вектор плотнос­ти теплового потока пропорционален вектору градиента тем­пературы: q==—7.grad/. Коэффициент пропорциональности К в этом выражении называется коэффициентом теплопровод­ности и является физическим параметром вещества.

В общем случае коэффициент теплопроводности зависит от природы вещества и параметров состояния (температуры, давления). Для твердых тел — диэлектриков коэффициент теплопроводности зависит от структуры вещества (пористос­ти, влажности) и от температуры. Значение коэффициента

теплопроводности определяется из опыта. Одним из методов его определения является метод стационарного теплового по­тока. Метод основан на использовании точных аналитических решений стационарных задач теплопроводности для тел про­стой геометрической формы (пластины, цилиндрической и шаровой стенок).

В данной работе коэффициент теплопроводности опреде­ляется методом цилиндрического слоя (трубы).

Как известно, тепловой поток, Вт, через цилиндрическую стенку определяется по формуле

где X— коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К);

I—длина исследуемого цилиндрического образца, м;

d\ и da— внутренний и наружный диаметры цилиндрического образца, м;

t\ и ^2—температуры внутренней и внешней поверхностей

цилиндрического образца, °С.

Расчетная формула (1) справедлива для одномерного теп­лового потока. Схема опытной установки для определения

433-

коэффициента теплопроводности методом трубы представле­на на рис 1.

Рабочий участок состоит из цилиндрического слоя иссле­дуемого материала, размещенного на поверхности металли­ческой трубки. Внутри трубки заложен электрический напре-ватель, создающий равномерный обогрев.

Торцы рабочего участка защищены тепловой изоляцией, чтобы исключить боковые потери тепла

При установившемся тепловом состоянии количество теп­ла, выделившееся внутри трубки, проходит че1рез цилиндри­ческий слой материала.

Температуры внутренней и внешней поверхностей мате|ри-ала намеряются термопарами, выполненными из хромеля и алюмеля. Схема закладки термопар показана на рис. 2. Э.Д.С. термопар измеряется цифровым вольтметром.

Величина теплового потока определяется по расходу мощ­ности, потребляемой электронагревателем.

Проведение и обработка результатов опыта

Ознакомившись с описанием лабораторной работы, необ­ходимо заготовить протокол для записи измерений по следую­щей форме:

Включение установки и регулирование электрической на­грузки производится только в присутствии преподавателя или лаборанта. При нажатии кнопки “пуск”, расположенной на панели приборного отсека, загорается лампочка индикатора.

Затем включается стабилизированный источник питания Б5-8 тумблером “сеть” и переключателем выходного напря­жения устанавливается необходимое значение электрической мощности.

При наступлении стационарного режима производится за­пись показаний измерительных приборов. По окончании опы­та устанавливается следующее значение электрической мощ­ности и порядок проведения опыта повторяется. Необходимо провести 3 опыта. Измерив Q, t\ и ^> зная /, d\, d-ч, из форму­лы (1) находят значение коэффициента теплопроводности

Qln^ \ = ^d”

2nl(fi-i,)

Полученное значение К следует относить к средней темпе­ратуре исследуемого материала.

По результатам эксперимента строится график зависи­мости коэффициента теплопроводности от средней темпера­туры исследуемого материала

K=f(t).

Относительная ошибка в измерении коэффициента тепло­проводности методом трубы определяется из следующего уравнения:

Д^ ^ AQ &1_ . Д/i + Л<а , dt^df+d^dt ,^ K~Ql'h-h did.lnds/di ' '

где через Л обозначены абсолютные ошибки намерения от­дельных величин, входящих в расчетное уравнение.

Отчет по работе

Отчет по выполненной лабораторной работе должен со­держать следующее:

1. Краткое описание работы.

2. Принципиальную схему установки.

3. Протокол записи показаний измерительных приборов.

4. Обработку результатов опыта.

5. Таблицу результатов опыта и график зависимости коэф­фициента теплопроводности от температуры материала.

6. Сравнение полученных результатов с литературными данными.

Ьопросы для самостоятельной проработки

1. Физическая сущность процесса теплопроводности.

2. Содержание основного закона теплопроводности.

3. Коэффициент теплопроводности и факторы, влияющие на его величину.

4. Стационарные методы и расчетные зависимости, поло­женные в основу опытного определения .коэффициента тепло­проводности.

5. Устройство опытной установки, осуществление предпо­сылок теории.

6.-Обработка опытных данных, расчет ошибок измерений