Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Метод плиты основан на законе теплопроводности плоской стенки неограниченных размеров (см. Э 2). Принципиальная схема прибора представлена.иа фиг. 172. КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ 309 Здесь в середине расположен плоский электрический нагреватель 1, над ним испытуемый образец 2 и холодильник 3. С целью компенсации утечки тепла снизу и с боков устанавливаются дополнительные электрические чагреватели 4 — 5, Фиг.
172. Схема прибора для определения х изоляционных и строительных материалов по методу плиты. 7 — основиоа нагревателЫ Р вЂ” яспь туемыя матеряал; 3-воаяиоя холоаиль ивг 4 и 6 — номпенсапионные нагреватели; 6 и 7-иволяпияг Г, †, — термовлементм аля намерения температуры. От потерь тепла во внешнюю среду прибор тщательно изолирован 5 — 7. При установившемся тепловом состоянии системы все тепдо, выделившееся в основном нагревателе 1, пройдет через образец и поглотится холодильником. Если количество выделившегося тепла равно ь1 ккал~час н температуры 1, и 1, известны, то коэффициент теплопроводности определяется из следуюшего соотношения: 'и = =-; — — ) ккалгглг час'С, Сг а О збl ЬЕ Ь Е(й — 4,) Егй где г — поверхность центрального нагревателя, лсх1 8 — толщина образца, лг.
Замеры ь1 (1 и ЬЕ), тг и 1, следует производить лишь после того, как температура 1а будет равна 1„и температура 1, равна 16. Только в этом случае все тепло, выделившееся в центральном нагревателе 1, действительно пройдет через испытуемый образец 2. Отдельные разновидности описанного прибора отличаются лишь деталями своего устройства. М е т о д т р у б ы основан на законе теплопроводности цилиндрической стенки(см.
9 3). Схема прибора представлена на фиг. Р73. На железную трубу длиной 3 — 4 дг снаружи накладывается исследуемый материал. Внутри трубы помещается электрический нагреватель. При установившемся тепловом состоянии системы все тепло, выделившееся в нагревателе, через боковую поверхность трубы и испытуемый материал проходит наружу и отдается во внешнюю среду. Из- З)О мктоды изучкния ткплопкркдйчи уг и меряя количество тепла Я и температуры 7г и 7, и зная длину 7 и диаметры слоя исследуемого материала аг и Ы„коэффициент теплопроводности можно определить по следующей формуле: 9.1п ! — 0,86 ! ан1п —— 'уг 1 1 — — — — — — — ккал)лт час 'С. 2 к ! (тг — тэ) 2г! (тг — тэ) Если стена многослойна, то из опыта определяется сразу значение эквивалентного коэффициента теплопроводности.
Метод шара основан на законе теплопроводности шаровой стенки (см. ч 4). Прибор представляет собой два концентрических шара (фиг. 174) диаметрами Ф, и дг. Во внутреннем шаре 1 помешается электрический нагреватель З„а между шарами испытуемый материал 4. При установившем- Фиг.
174. Схема прибора для определения 1 сыпучих материалов по методу шара. у и г — энттрениий н наружный шары; 3 †электрическ иагреэатель; 4 †испытуемый материал; Г, и Г, — термоэлемеиты. Фиг. 173. Схема прибора для определения 1 изоляционных и строительных материалов по методу трубы. у — металлическа» труба; 2 — исиьтуемый ма. тсриал; 3 †электрическ нагрееатель; Е— иаолэинэ горше; б и Г, — термоэлементы дли намерении температуры. ся тепловом состоянии все тепло, выделившееся в нагревателе, проходит через шаровой слой материала и отдается во внешнюю среду.
Измеряя количество тепла Я и температуры 7, н 7г и зная диаметры о7, и с!ч, определяют коэффициент теплопроводности по следуюшей формуле: ( \ 1 1~ !у — —— с)г ! !со 0,86а ! дЕ оС Тепломер Шмидта. Для определения коэффициента теплопроводногти, а главным образом, для проверки в промышленных условиях состояния изоляции„имеется прибор, называемый тепломером.
Действие этого прибора основано на принципе вспомогательной стенки. Пусть имеется плоская стенка толщиной 8 (фиг. 175, а); требуется определить величину теплового потока через эту стенку и значение коэффициента теплопроводности ),. Наложим на эту стенку вспомогательный слой толщиной 8 из какого-либо ма- 1гл и катоды изгчвния твплопсгвдлчн 312 циента теплопроводности, можно вычислить и величину теплового потока д', устана вливающегося при отсутствии дополнительной стенки. Для этого необходимо только замерить температуры 1, и 1', при отсутствии вспомогательного слоя.
Тогда: (с) д'=-з- (1, — 1',) ккал/м час. С теоретической стороны принцип вспомогательной стенки очень прост, однако, при его практическом применении возникает ряд затруднений. Чтобы искажающее влияние слоя было мало, необходимо, чтобы его термическое сопротивление было также мало, ио при этом будет мал и температурный перепад Ым Удачное разрешение этих трудностей было дано Шмидтом. Тепломер Шмидта предназначается для изолированных трубопроводов, поэтому он изготовляется в виде резинового пояса толщиной 3 лск, шириной 6 с.к и длиной 60 см. Для замера температурного перепада М, применяются термоэлементы в количестве 200 — 400 шт., включаемых последовательно (фиг. 1?5, б).
В этом случае даже небольшому перепаду температуры Ы„соответствует большая э. д. с., которая может быть измерена простым стрелочным гальванометром. Так как Хр и 8 постоянны, то согласно уравнению (а) д пропорционально М . Следовательно, имея показание прибора и умножая его на некоторую постоянную величину, получаем прямо значение теплового потока д ккал/ка час.
Чтобы по уравнению (Ь) вычислить коэффициент теплопроводности испытуемой изоляции, необходимо дополнительно измерить температуру под изоляцией 1,, температуру под поясом тепломера 1„толщину изоляции ' и диаметр трубопровода. Кроме того, обычно еще замеряется температура на поверхности изоляции (без пояса) Р,.
Последнее необходимо для определения действительного теплового потока при отсутствии тепломера согласно уравнению (с). Для предохранения утечек тепла по обеим сторонам измерительного пояса накладываются точно такие же пояса„ но без термоэлементов; это †т называемые охранные пояса. Схемы размещения поясов на трубопроводе, а также всего комплекта поясов показаны на фиг. 175, а, г.
Методы определения теплопроводности металлов, жидкостей и газов, Для определения коэффициента теплопроводности металлов довольно широкое развитие получил метод Кольрауша в разработке Д. Л. Тимрот 1861. Коэффициент теплопроводности жидкостей и газов определяется по методу нагретой нити, сущность которого в следующем.
Берется стеклянная капилляриая трубка, внутренний канал которой заполняется испытуемой жидкостьк1 или, з~з козФфиписнт теплоотдачи й 471 газом. Там же по оси натягивается тонкая платиновая проволока, которая служит одновременно электрическим нагревателем и термометром сопротивления для измерения температуры '1Р Выделившееся в,нагревателе, тепло проходит через цилиндрический слой жидкости, стенку трубки и отдается во внешнюю среду.
Так как слой жидкости или газа невелик, то тепло через него передается только путем теплопроводности. Значительные усовершенствования в описываемый метод были внесены Тимротом и Варгафтиком 187~, которые широко применяли его в своих работах по определению коэффициентов теплопроводности. различных жидкостей, газов и паров. Зная коэффициент теплопроводности 1, теалоемкость с и удельный вес 7 материала, можно вычислить и значение коэффициента температуропроводности а = — †. Непосредствен- ное же определение а возможно лишь из опытов при нестационарном режиме. Наиболее широкое развитие получили методы, основанные на теории регулярного режима в разработке Г.
М. Кондратьева ~42) и на теории подобия в разработке А., А. Гухмана и Н. Н. Михеевой [201. 47. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ Способы определения и изучения коэффициента теплоотдачи весьма разнообразны. В каждом отдельном случае эти способы обусловливаются задачей и конкретной обстановкой опыта Поэтому здесь мы ограничимся рассмотрением лишь прин- Ш ципиальных схем про- з стейших опытов. 1. Вусловияхсвобод- Т ного движения жидко.
У сти при изучении, на- л пример,теплоотдачиго- Я ризонтальной трубы опыт можно поставить так (фиг. 176). Берется труба соответствуюших размеров, на поверхности ее заделываются термопары, а внутри монтируется электрический нагреватель. При установившемся тепловом состоянии системы вся выделившаяся в нагревателе энергия через трубу передается в окружаюшую среду. мктоды изрчкния ткплопкркдлчи ггл 11 314 Зная поверхность трчбы Е и замеряя расход энергии 1З, температуру на поверхности стенки 1 и температуру среды 17, имеем: 9 = аеР(уы — ~г )г откуда а = — — икал/итчае'С. е Р(1 — 1) Так как от поверхности трубы в окружающую среду тепло передается не только соприкосновснием, но и лучеиспусканием, то полученное значение аб является суммарным (см.
з 27), ар=а,+а.. Вычислив затем а„и вычтя его, окончательно определяют значение а,. Так проводятся опыты при различных температурах 1 и 1 . Результаты опыта затем обрабатываются илн в виде зависимости а =1(ьу) или в виде критериального уравнения Ми=у(ог Рг) (см. гл. 2 и3). 2. Такая же методика может быть применена и при изучении теплоотдачи в условиях вынужденного движения, напри- мер, поперечно омываемоду го пучка труб (фиг. 177). В этом случае пучок составляется из макетных труб, а К электрический нагреватель декптпламрдр монтируется лишь в одной трубке, которая переставля- н' ется из ряда в ряд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
