Материал: 1693
q |
dt |
|
tw2 |
tw1 |
|
|
tw1 tw2 |
|
(14) |
||||||
dr |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
r ln |
r2 |
|
|
r ln |
r2 |
|
|
||||||
|
|
|
r1 |
|
r1 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Количество теплоты, проходящее через цилиндрическую стенку, |
|||||||||||||||
можно определить по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
СибАДИ |
|||||||||||||||
Q qFl q2 rl |
|
2 l(tw1 tw2 ) |
, |
(15) |
|||||||||||
ln(r2 /r1)
где F – площадь поверхности стенки, м2; l длина цилиндрической стенки, м.
В практ ческ х расчётах используется линейная плотность теплового потока qL (Вт/м), равная тепловому потоку, отводимому от стенки дл ной 1м.
При необход мости определения значения теплопроводности по известным значен ям температуры на поверхности цилиндрической стенки при стац онарном режиме можно использовать выражение
|
|
|
qL |
ln |
d2 |
|
|
|
|
|
d1 |
|
|
|
(16) |
||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
tw1 tw2 |
|
|
|||||
Полученное значение теплопроводности считается определен- |
|||||||||
ным для средней температуры: |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
tw1 |
tw2 |
|
|
(17) |
|||
t |
|
||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2. Описание экспериментальной установки
Работа выполняется на установке, аналогичной используемой в лабораторной работе по определению теплопроводности методом плоской стенки (см. Лабораторная работа № 1, раздел «Теоретические основы»).
Лабораторный стенд экспериментальной установки (рис. 2) состоит из нагревательного элемента 1, цилиндрической стенки 2, теплоизоляции 3, автотрансформатора 4, регуляторов высоты цилиндрической стенки 5, диаметра нагревателя 11 и толщины слоев стенки 6, списков материалов слоев стенки 7, датчиков измерения температуры внутренней 8 и наружной 9 поверхностей стенки.
21
2 |
|
6 |
|
7 |
3
СибАД91 И10
5
8
11
4 
Р с.2. Ла ораторный стенд экспериментальной установки (вид на экране монитора)
Управление ра отой установки осуществляется аналогично установке, используемой в ла ораторной работе № 1 (см. Лабораторная работа № 1, раздел «Описание экспериментальной установки»).
Изменение высоты цилиндрической стенки и диаметра нагревателя производится регуляторами 5 и 11 соответственно. Диапазоны изменения высоты стенки от 200 до500 мм, диаметра от 10 до 200 мм. Значения параметров отображаются слева от регуляторов 5 11. Регулятором 6 устанавливается толщина слоя стенки. Толщина слоя стенки изменяется от 0 до 120 мм.
Порядок выполнения работы:
1.Ознакомиться с работой экспериментальной установки.
2.Получить у преподавателя вариант задания для выполнения работы (табл.1).
3.Подготовить бланки «Протокол эксперимента» (табл.2) и «Результаты расчётов» (табл.3).
4.Выполнить экспериментальную часть работы.
5.Запустить программу «Теплопроводность цилиндрической стенки». Полностью развернуть окно программы. На экране компьютера будет изображён вид лабораторного стенда экспериментальной установки (см. рис. 2).
22
6.Задать материал стенки и её толщину (толщину второго и третьего слоя установить равной 0).
7.Задать высоту стенки и диаметр нагревателя.
8.Установить необходимое напряжение в цепи нагревателя (первоначально установить напряжение не более 20% максимального
значения). |
|
|
|
|
|
|
|
СибАДИ |
|||||||
9.Измеренные значения |
tw1 и |
tw2 |
и температуру по толщине |
||||
стенки (см. р с. 1) |
занести в протокол эксперимента (см. табл.2). С |
||||||
целью уменьшен я погрешности измерения температуры tw1 |
и tw2 |
||||||
должны отл чаться друг от друга не менее чем на 3%, в противном |
|||||||
случае требуется увел чить температуру нагревателя (напряжение в |
|||||||
цепи нагревателя). |
|
|
|
|
|
|
|
10.Данные |
змерений |
занести |
в протокол эксперимента |
||||
(см. табл. 2). |
|
|
|
|
|
|
|
11.Выполн ть о ра отку экспериментальных данных. Результа- |
|||||||
ты занести в табл цу «Результаты расчётов» (см. табл. 3). |
|
||||||
12.Оформ ть отчёт. |
|
|
|
|
|
|
|
3. О ра отка экспериментальных данных |
|
||||||
1. Определить плотность теплового потока через цилиндриче- |
|||||||
скую стенку. |
|
|
|
|
|
|
|
Плотность теплового потока qL |
через стенку зависит от мощно- |
||||||
сти источника теплоты (нагревателя) |
определяется по формуле |
|
|||||
|
|
qL |
|
U2 |
|
, |
(18) |
|
|
R L |
|||||
|
|
|
|
н |
|
|
|
где U − напряжение в цепи нагревателя, В; RН − сопротивление нагревателя, Ом; L −высота цилиндрической стенки, м.
2. Определить коэффициент теплопроводности λ материала стенки в первом тепловом режиме .
̶ Теплопроводностьλ материала цилиндрической стенки определяется по формуле
|
qL lnd2 |
|
|
d1 |
|
|
π tw1 tw2 . |
(19) |
̶ По формуле (17) определить среднее значение температуры, для которой справедливо данное значение теплопроводности.
23
̶ Результаты расчетов занести в таблицу (см. табл. 3).
̶ Сравнить результаты полученной графической зависимости со справочными данными (табл.4).
̶ Построить графическую зависимость температуры от толщины стенки t(δ) .
̶ Проанализировать полученные результаты. |
||
СибАДИ |
||
|
|
4. Требования к отчёту |
Отчет должен содержать: |
||
1. |
Цель, задачи, оборудование и оснащение лабораторной рабо- |
|
ты. |
|
|
2. |
Краткое |
зложение теоретических положений. |
3. |
Пр нц п альную схему лабораторного стенда эксперимен- |
|
тальной установки. |
||
4. |
Протокол эксперимента. |
|
5. |
Обработку результатов эксперимента с проведением необхо- |
|
димых расчётов |
построением графиков полученных зависимостей. |
|
6. |
Вывод, содержащий анализ результатов работы, а также пе- |
|
речень факторов и характер их влияния на интенсивность передачи теплоты через цилиндрическую стенку.
Контрольные вопросы задания
1. Что называется теплопроводностью?
2. Вид дифференциального уравнения теплопроводности цилиндрической стенки.
3. Формула для определения теплового потока через цилиндрическую стенку.
4. Формула количества теплоты, проходящего через цилиндрическую стенку.
5. Что называется термическим сопротивлением стенки?
6. Факторы, влияющие на интенсивность передачи теплоты теплопроводностью через цилиндрическую стенку.
24
|
|
|
Варианты заданий |
Таблица 1 |
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
Материал |
Диаметр |
Толщина |
Высота |
|
|
нагревателя, |
стенки |
цилиндрической |
|
||
|
варианта |
слоя стенки |
|
|||
|
|
|
мм |
, мм |
стенки L, мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
СибАДИ |
||||||
|
1 |
Алюминий |
100 |
120 |
200 |
|
|
2 |
Бер лл й |
100 |
130 |
200 |
|
|
3 |
Ванад й |
100 |
140 |
200 |
|
|
4 |
Вольфрам |
100 |
150 |
200 |
|
|
5 |
Гафн й |
100 |
180 |
200 |
|
|
6 |
Герман й |
100 |
100 |
200 |
|
|
7 |
Железо |
100 |
120 |
200 |
|
|
8 |
Золото |
100 |
140 |
200 |
|
|
9 |
Кальц й |
100 |
170 |
300 |
|
|
10 |
Ко альт |
100 |
200 |
300 |
|
|
11 |
Медь |
100 |
250 |
300 |
|
|
12 |
Н кель |
100 |
300 |
300 |
|
|
13 |
Плат на |
150 |
120 |
300 |
|
|
14 |
Сере ро |
150 |
140 |
300 |
|
|
15 |
Тантал |
150 |
180 |
300 |
|
|
16 |
Титан |
150 |
120 |
300 |
|
|
17 |
Хром |
150 |
140 |
300 |
|
|
18 |
Алюминий |
150 |
250 |
300 |
|
|
19 |
Вольфрам |
150 |
300 |
300 |
|
25