Григорьев В.А., Зорина В.М. - Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник (1982) (1062114), страница 131
Текст из файла (страница 131)
Метод гидросгатичгского взвешивания поплавка (см, и. 9.2.2.), пагружеиного г каждую иа изучаемьсх фаз. Пример схемы такого метода с использованием для взвешивания тензометрическцх весов показан на рис. 9.29 (б). Поплавок взвешивают либо погруженным в насыщенную жидкость, либо в сухой насыщенный пар, заполцяюшие сосуд 4. Тензометры весов (сопротивления )т> — Вь) соединены в мостовую схему и включены так, что прн нзмецении выталкивающей силы, действующей на поплавок, два сопротнвлания возрастают, а два дру.
гих уменьшаются, вызывая разбаланс моста, пропорциональный изменению плотности исследуемой жндкаати. Для определения плотности иа линия насыщения н критической плотности может быть применен метод !11, при котором используется свободно качающаяся на призменной опоре трубка. Есля трубка заполнена веществом в однофазном состоянии, то она занимает равновесное горизонтальное положение. Пря изменении температуры в момент возникновеняя второй фазы трубка выходит из састояаия равновесия. Поскольку трубка запаяна, язменение состояния вещества в неп практически является изохориым.
Трубка имеет объем У н заполнена некоторым меняющимся от опыта к опыту количеством вещестна пк Следоватрльно, плотцость вещества в трубке в опыте задана н известна: р=т)1~. Прн повышении температуры трубки обязательно достигается состояние насыщения, когда трубка вновь приходит в равновесное горизонтальное положеине. Температура Т, при которой зто происходит, отвечает условию р'(Т) = р нли рл(Т) = р, где одним и двумя штрихами обозначены плотности соответственно насыщенной жядкости и сухого насыщенного пара. Критичесной плотностью является такая плотность, при иоторой температура перехода трубки в горизонтальное поло>кение максимальна.
Эта температура является критической. Для определения критических параметров распространен метод визуального наблюдения за исчезновением меняска жидкости в момент достижения критического состояния (1) Главная трудность в опытах состоит в том, что вблязн критической точки раввовссне устанавливается очень медленна, а всякая неравновесность сильно искажает результаты. Поэтому в этом методе требуется поддерживать скорость нагрева не больше 0,001 К)ч и термостатировать объем с точностью не менее =0,001 К.
Для определения критической плотности может быть использован оптический метод Теплера 1'40). Метод цозвалнет изучать градиент плотности по высоте сосуда н определять платность, соответствующую критическому состояниях 9.5. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СВОЙСТВ ВЕШЕСТВ эз.!. ОиРеделеиие теплопРОВОдиаоти Классификации методов. Исследования теплопроводности веществ выполняются в широком дяапазоне температур Для нсследованяя используют две группы методов. стационарные и нестационарцые.
В нестационарных методах в отличие от стационарных применяют изменяющиеся по определенному закону во времени температурные толя. Теория стационарных методов более проста и, следовательно, более совершенна. Сами стационарные методы разработаны также более полно. Главная трудность в прцмененнн не- стационарных методов состоит в том, что в эксперименте сложно реализовать условия, залохсенные а теории метода. Однако иестациоиарные методы в принципе позволяют получить больше информапяи о свойствах 45! Методы изучевил транспортных геойств веществ 4 9.5 материалов: помнмо теплопроводности возможтю получение данных о температуропроводности н теплоемкости. Это обстоятельство в послслнее время все больше привлекает внимание исследователей к нестацнонарным методам.
Этому ксе способствуют достижения в измерительной и регистрирующей технике. Нестацвонарные методы, основанные на регулярном режиме, изложены в (41, 42), методы комплексного исследования тепло- физических свойств — в )43), а линейного источника теплоты — в (44). Импульоные методы, используемые для исследованив твердых тел в широком диапазоне температур, рассмотрены в )45, 46). Импульсный метод нагретой проволоки разработан в (47). Обзор нестационарных методов приведен в )48, 49).
Теплопроводность твердых тел, При исследовании теплопроводностн находят применение лзетоды плоского слоя, Егера и Днссельхорста, продольного теплового потока и ряд других. Метод ллосколо слоя )50), Прв одномерном теплоном потоке через плосккй слой коэффициент теплопроводности Л = 067(Р (Т, — Тз)), (9. 43) где Я -- тепловой поток; 6 — толщина образца; à — плошадь поверхности; Ть һ— температуры «горячей» н «холодной» поверхностей образца. Поэтому для исследования теплопроводности этим методом необходимо создать и измерить близкий к одномерному тепловой поток сквозь слой исследуемого вещества, измерить разность температур, возникающую менсду границами слоя, определить геометрические размеры слоя вещества.
Схема установки показана на рнс. 9.30. Образец У в виде диска толщиной 6 располо. жен между нагревателем ! н холоднльннком б. Снаружи расположены изоляционные кольца 4, Б, обычно содержащие дополнительные охранные нагреватели 2, обеспе швающие одномерность теплового потока. С этой же целью отношение 6Д) ()л — диаметр диска) выбирается малым. Для измерения разности температур используют термопары 7.
Так как обычно температуры измеряют не на поверхностях образца, а на некотором расстоянии от них внутри нагревателя и холодильника, то в измеренную разность температур ЛТ . необходимо внестн поправки на перепад температуры в слое нагревателя ЛТ, и холодильника ЛТ«, Одновременно необходимо свести к минимуму термические сопротивленяя контактов поверхностей образца с холодильником н нагревателем. Поправки определяются тю формулам ЛТт — 06зу(РЛт); ЛТ =!36 )(ЕЛ ), где 6ь 6« — расстояния от сная термопары до поверхности образца в нагревателе н хо- 29' Рис.
9.30. Схема метода плоского слоя лля измерения теплопроводности. ! — нагреватель; у — т«рмлпзра; '3 — в«следуемый образец; Л вЂ” охранный кзгрезатзль; З вЂ” окраквае кол»до колодкльквкз: а — холодильник; 7, 8— дкфферекцззльвме т«рмзвзрм; у — верхний акраккый в«грез«тель; тр — корпус измерительной ячейки. лодильнике соответственно (рис.
9.30); Ль Л, — теплопроводности материалов нагревателя и холодильника. С учетом этих поправок расчетная формула примет внд: Л= ° (9.44) Е~ Лти,, — — ~ — '+ — ')~ Термические сопротивления контактов поверхностей, могут бьшь исключены экспериментально прн проведении опытов на образпах, отличающихся только толщиной. Метод плоского слоя не рекомендуется применять при исследовании металлов и материалов, обладающях большой теплопроводностью из-зг больших погрешностей прн измерении малой разности температур в ис. следуемом слое материала.
Метод Егере и Диггельхоргта. Применяют при исследовании теплопроволностн металлов и других злектропроводящнх материалов Метод основав на решении одномерного уравнения теплопроводностн описывающего распространение теплоты вдоль стержня, нагреваемого электрнческим током. Трудность использования этого метода состоит в невозможности создания строгих адиабатных условий на внешней поверхности образца, что нарушает одномерность теплового потока.
В предположении адиабатностн боковой поверхности расчетная формула (58) имеет внд: Л ! )г (9.45) и 8 ЛТ где и — электропроводность исследуемого образна; У вЂ” падение напряжения мсжду крайними точками иа концах стержня, где измеряется температура; ЛТ вЂ” разность температур мсйсду серединой стержня и точкой на конце стержня при условии, что Равд. 9 Эксверлмвптпльпов определение теплофизичгскик свойств 452 Х 1 и 8 0 (9. 46) е =- —— г распределение температуры вдоль стержня симметрично относительно его середины.
В опыте определяют отношение лго, что при известной электропроводности позволя. ет определить ).. Результаты относят к сред. ней температуре стержня. При наличии теплообмена с боковой поверхности где О, имеющая смысл разности температур, сложным образом зависит от размеров стержня, условий теплообмена с окружающей средой, температур стержня и окру. жающей среды (пространства печи). Прн наиболее распространенном параболическом распределении температур вдоль печи и стержня (рис. 9.3!) и при условии, что боковые потери линейно зависят от разности температур между печью и стержнем, Ь 0 = 7з — ед!+ — ее + ..., (9. 41) 60 где Л = Тз — (Тз+ Тз))2! л 1 1 т,+т.' л)=т — т,+ — — )т 'ь 6 6 1, 2 а !' и — коэффициент теплоотдачн от образца; 1, г — половина длины стержня и его радиус.
Смысл температур Тт, Тэз, Тез, Тз, Тз, Тз ясен из рис. 9.31. В этом варианте метод применим при условии, что излучение между стержнем и печью не играет заметной роли (до 1200— 1500 К). Метод продольного теплового погоню Находит широкое применение при исследовании теплопроводности металлов.
Вдоль длинного образца с площадью поперечного Рис. 9.31, Схема метода Егера и Диссельхорста, ! — злехтрооечь; 7 — обрззец, г — цапфы креолеелз обрезал; Т, Т . Ты. Ть Ть Т, — места зелелкз термооер а измеряемые кьыи теылерэтуры. Рис. 9.32. Схема метода продольного теп- лового потока. ! — блок негрезэтелк; ! †,обрезец; 3 — охрениый цилиндр; б, 7 — хололклькзкк; б — нагреватель охренного цллкидре; б — терыооеры, сечения г" создается равномерный тепловой поток !3. Между двумя сечениями образца, расположенными на расстоянии 1 друг от друга, измеряют разность температур Ьт= =т — ть Если боковые тепловые потери отсутствуют, то теплопроводность вычисляют по той же формуле, что и при методе плоского слоя: ), = ()1)(Р (Т, — Тз)), (9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
