Ксенфонтов_Лабораторный практикум_РИКНУ (831910), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Программа ANSYS позволяет анализировать результаты следующими способами.331. Определение изменения температуры в процессе нагрева(определение кривых нагрева), скорости нагрева и изменения теплового потока для любого узла конечно-элементной модели печи ввиде таблицы или графика.2. Построение цветной картины распределения температур вобъеме печи в любой момент нагрева.Таким образом, можно определить изменение температуры втех точках модели печи, которые соответствуют точкам установкитермопар в печи, и сравнить результаты, полученные экспериментальным (работа № 1) и расчетным путями.Анализ результатов расчетов нагрева печи состоит в следующем.1.

Выбрать в трехмерной компьютерной модели печи точки,соответствующие точкам установки термопар в реальной печи, иполучить для них кривые нагрева.2. Сравнить кривые нагрева, полученные экспериментальным и расчетным способами, путем расположения их на одномграфике.3. Отчет о работеВ отчете должны быть представлены схема экспериментальнойустановки; таблица замеров; таблица результатов расчетов; графики зависимости теплопроводности и коэффициенты теплоотдачидля четырех рассмотренных случаев температуры.4.

Контрольные вопросы1. Что является основной задачей теплопроводности?2. В чем отличие стационарных тепловых полей от нестационарных? Каковы их математические уравнения в общем виде?3. Какова функциональная зависимость теплового потока оттемпературного градиента?4. Что представляет собой уравнение теплопроводности дляизотропного твердого тела?5. Какие виды граничных условий используются для решениядифференциального уравнения теплопроводности?346.

От каких факторов зависит коэффициент теплоотдачи? Какова его единица измерения?7. Что представляет собой теория подобия? Каким образомможно использовать элементы теории подобия для определенияпараметров теплоотдачи?8. В чем отличие свободного конвективного теплообмена отвынужденного?9. Из каких элементов деталей состоит сборка шахтной печиСШОЛ-1.1,6/12-М3?10.

Чем отличаются друг от друга статические, динамические иуправляющие зависимости между элементами сборки?35РАБОТА № 3. ИЗЛУЧЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛПродолжительность работы – 4 чЦель работы – изучить излучательную способность модели абсолютно черного тела и нихромовой пластины и исследовать зависимость коэффициента излучения и степени черноты нихромовойпластины от температуры.1.

Теоретическая частьТепловое излучение – это результат превращения внутреннейэнергии тела в энергию электромагнитных колебаний. При температурах, характерных для технических процессов, излучение материалов наблюдается при длине волны 0,8…80 мкм. Это излучениепринято называть тепловым (инфракрасным) [1–7].Тепловое излучение любого твердого тела в общем случае зависит от химического состава, строения, состояния поверхности итемпературы.Рис. 3.1. Распределение энергии излучения, падающей на телоЭнергия излучения Епад, падающая на тело (рис.

3.1), частичноотражается телом (Eотр), частично поглощается (Епогл) и частичнопроникает сквозь него (Епр):36Eпад = Eотр + Eпогл + Eпр.(3.1)Разделив обе части уравнения (3.1) на Eпад, получим1ВеличиналичинаЕотрЕпадЕотрЕпадЕпогл Епр.Епад Епад(3.2)называется коэффициентом о т р а ж е н и я , ве-ЕпрЕпогл– коэффициентом поглощения, величина– коЕпадЕпадэффициентом п р о п у с к а н и я .Тело, поглощающее всю падающую на него энергию излучеЕния  погл  1 называется абсолютно черным. Существуют так Е пад Еотрже понятия абсолютно белого  1 и абсолютно прозрачногоЕ падЕ прЕ 1 тел.

Для реальных тел 0 < погл < 1.Епад ЕпадСледует отметить, что эти термины условные, они не связаны сцветом тела. Если поверхность тела поглощает тепловое излучение, но не поглощает световое, она не кажется черной. Более того,наше зрение может воспринимать такую поверхность как белую,Енапример снег, для которого погл = 0,98. Стекло, прозрачное вЕпадвидимой части спектра, почти не прозрачно для теплового излучеЕния  погл  0,94  .Е падСумма потока излучения E потока, испускаемого телом, и отраженного телом, называется его эффективным излучением и определяется по формулеEэф = E + Eотр.(3.3)37Процесс взаимного испускания, поглощения, отражения и пропускания энергии излучения в системах тел называется лучистымтеплообменом.Поскольку аналитическое описание энергии теплового излучения реальных тел в настоящее время невозможно, для расчетов используется понятие идеализированного излучателя – абсолютночерного тела (АЧТ), моделью которого может служить небольшоеотверстие равномерно нагретой замкнутой полости.

Излучение, выходящее из этого отверстия, будет абсолютно черным (рис. 3.2).Рис. 3.2. Модель абсолютно черного телаПоверхностная плотность потока излучения АЧТ (т. е. полныйлучистый поток), испускаемого с единицы площади поверхностиАЧТ, определяется по закону Стефана – БольцманаE0  0T 4 ,(3.4)где σ0 = 5,67·10–8 Вт/(м2·К4) – постоянная Стефана – Больцмана (коэффициент лучеиспускания АЧТ); Т – абсолютная температура АЧТ, К.38Для технических расчетов закон Стефана – Больцмана обычнозаписывается в виде4 T E0  c0  , 100 (3.5)где с0 = σ0·10 8 Вт/(м2·К4) – излучательная способность АЧТ.Тела, которые применяют на практике, излучают меньше тепловой энергии, чем АЧТ при той же температуре.

Отношение поверхностной плотности потока E данного тела к поверхностнойплотности потока излучения E0 АЧТ при той же температуре называется степенью черноты (коэффициентом теплового излучения) ε телаE.E0(3.6)Используя это понятие, можно записать закон Стефана – Больцмана для реального тела:44 T  T E  E0  c0   c , 100  100 (3.7)где с = εс0 – излучательная способность реального тела, Вт/(м2·К4).Поскольку 0 < E < E0, степень черноты ε изменяется для различных тел от нуля до единицы в зависимости от материала, состояния поверхности и температуры.Закон Стефана – Больцмана определяет количество энергии,испускаемой телом по всем направлениям. Согласно закону Ламберта максимальное излучение Eн имеет место в направлении нормали к поверхности. Количество энергии Eφ, испускаемой теломпод углом φ к нормали, пропорционально косинусу угла φ:4 T E  Ен cos  c0  cos. 100 (3.8)39Из уравнения (3.8) видно, что интенсивность излучения вдольповерхности (при φ = 90°) равна нулю.Количество лучистой энергии, испускаемой поверхностью dF состепенью черноты ε в пределах телесного угла dω в направлении, отклоняющемся от нормали на угол φ, определяется по формулеd 2 E 4  T c0  cos d dF .  100 (3.9)2.

Описание экспериментальной установкиОсновными частями опытной установки (рис. 3.3) являютсятрубчатая печь 1 и нихромовая пластина 2, нагреваемые электрическим током.Рис. 3.3. Схема экспериментальной установки (для работы № 3):1 – печь; 2 – нихромовая пластина; 3 – диафрагмы; 4 – термостолбик; 5 – зеркальный гальванометр; 6 – переключатель; 7 – термопары; 8 – милливольтметр40Трубка печи разделена рядом горизонтальных перегородок,благодаря чему все стенки средней полости, образуемой двумяперегородками, имеют практически одинаковую температуру.Отверстие в дне этой полости и будет обладать свойствами абсолютно черного тела. Нихромовая пластина играет роль реального тела.Температуру печи (АЧТ) и пластины можно регулировать, изменяя подводимую мощность с помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТР).

Температура обоих тел измеряется с помощью термопар 7 и милливольтметра 8.Тепловая энергия, излучаемая АЧТ и нихромовой пластиной,измеряется с помощью термостолбика 4, подключенного кзеркальномy гальванометру 5. В головку термостолбика вмонтировано 10 последовательно соединенных термопар, спаи которыхнагреваются тепловым излучением.Для того чтобы выделить цилиндрический пучок лучей, перпендикулярных к поверхности излучающего тела, между телами иголовкой термостолбика установлены диафрагмы 3.Термостолбик укреплен на переключателе, который позволяетподводить термостолбик поочередно под модель АЧТ или под нихромовую пластину для измерения их тепловых потоков.3.

Содержание работы3.1. Экспериментальная часть1. Подготовить таблицу для записи реальных данных эксперимента (табл. 3.1).Таблица 3.1Показания гальванометра, деления шкалыТемпература, °Сдля АЧТ l0при повыпри понижениишении темтемпературыпературыдля нихромовой пластины ll0српри попри повышенижениинии температемпературытурыlср412. Включить печь. Головку термостолбика установить непосредственно под печью (при правильном положении термостолбика риски на подвижной и неподвижной частях переключателя совпадают).При повышении температуры печи в интервале 300…800 °С(через каждые 100 °С) провести одновременную запись температуры печи (по милливольтметру) и показаний термостолбика в делениях шкалы зеркального гальванометра.3. По окончании измерений выключить печь.

Провести те жеизмерения при понижении температуры печи.4. Головку термостолбика установить под нихромовой пластиной.5. Повторить те же измерения, что и для АЧТ.Зеркальный гальванометр имеет значительную инерцию, поэтому записывать его показания можно только после того, как«зайчик» остановится (после цикла измерений на печи или на пластине необходимо проверить установку нуля).3.2.

Расчетная часть1. Подготовить таблицу для записи результатов расчета (табл.3.2).Таблица 3.2Температура,°С/КE0,Вт/м2lср/l0срE,Вт/м2с,Вт/(м2·К4)ε300/573…2. Плотность теплового потока, испускаемого с единицы площади поверхности АЧТ, определить по уравнению (3.5).3. Так как отклонение «зайчика» зеркального гальванометрапропорционально температуре термостолбика, а она, в свою очередь, пропорциональна величине падающего на термостолбик теплового потока, то можно записатьl = ВЕ;(3.10)l0 = ВЕ0,(3.11)где B – коэффициент пропорциональности; l и l0 – отклонения«зайчика» зеркального гальванометра при измерениях излучения42соответственно реального и абсолютно черного тел при одинаковой температуре.Тогда, разделив выражение (3.10) на выражение (3.11), получимlE.l0 E0(3.12)Для всех температур, при которых проводили измерения, определить отношение lср/l0ср.4.

Характеристики

Список файлов книги