Материал: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Теплообмен в авиаконструкциях» для студентов специальности «Самолето- и вертолетостроение». Лосев Н.В

2.2. Задание по работе и последовательность её выполнения

1. Собрать термопару в соответствии с электрической схемой;

2. Поместить холодные спаи в сосуд Дьюара с таящим льдом;

3. Поместить горячий спай в термостат;

4. Довести воду в термостате до кипения и, выдержав режим кипения не менее пяти минут, снять отсчет с показаний термопары и эталонного термометра. Результаты занести в протокол;

5. Отключив нагреватель термостата перевести его в режим охлаждения и, контролируя значения температуры по термометру, снимать через каждые 10 градусов соответствующие показания термопары и заносить их в протокол;

6. Построить график зависимости термоЭДС термопары от температуры и сравнить его со стандартным тарировочным графиком;

7. Сделать выводы по работе, в которых отразить величину фактической погрешности показаний исследуемой термопары.

Таблица 2.3

Форма протокола испытаний

3. Лабораторная работа № 2

Влияние элементов процесса резания на температуру резания

3.1. Общие указания по выполнению работы

1. Цель работы. Исследовать влияние скорости, подачи и глубины резания на температуру резания при токарной обработке

2. Содержание работы и особенности её выполнения

В процессе выполнения лабораторной работы производится ознакомление с методикой измерения температуры резания, определение количественной зависимости температуры от элементов процесса резания и сравнение полученных результатов с теоретическими [I, 2].

Для выполнения работы необходимо следующее оборудование, приборы и инструмент: токарный станок, проходной резец с встроенной хромель-копелевой термопарой, прибор для измерения термоЭДС (потенциометр или цифровой милливольтметр), микрокалькулятор или ЭВМ.

3.2. Задание для самостоятельной проработки и методические указания по его выполнению

Изучить методы измерения температур и калориметрирования при обработке металлов на токарном станке /I/. При этом следует иметь в виду, что при обработке металлов резанием выделяется тепло, нагревающее режущий инструмент, деталь и стружку. Общее количество выделяющегося тепла зависит от силы резания и скорости резания и с достаточной для практических целей точностью может быть определено по формуле

где - сила резания, н;

- скорость резания, м/с.

Зависимость температуры резания от элементов процесса резания представляется в виде

, (3.1)

где Т - температура, °С;

Т₀ - температура окружающей среды, °С; = Т -To - избыточная температура, °С; - скорость резания, м/с; - глубина резания, мм; - подача, мм/об;

С, x , y, z - постоянные, зависящие от материала заготовки, материала рабочей части резца, геометрии инструмента.

Выполнение самостоятельной работы производится в лабора­ториях кафедры самолетостроения или в библиотеке. В заготовку отчета по работе следует включить схему измерения температуры (рис. 3.2) и заготовку протокола измерений (табл. 3.1), в которой должно быть предусмотрено 10 - 15 строк.

3.3. Вопросы к самостоятельной работе

1. Охарактеризуйте влияние основных элементов резания на температуру.

1. Назовите существующие методы измерения температуры резания.

2. Составьте уравнение теплового баланса процесса резания.

3. Как влияет температура резания на стойкость инструмента?

3.4. Лабораторные задания и методические указания по их выполнению

3. Задание первое. Получить допуск к выполнению лабораторной работы

4. Задание второе. Изучить влияние подачи, скорости и глубины резания на температуру.

Для определения постоянных в зависимости (I) проводят исследования, сводящиеся к тому, что, оставляя постоянными два из трех элементов резания, меняют третий и, протачивая заготовку при различных значениях этого переменного фактора, находят соответствующие им значения температуры.

При исследовании влияния каждого из трех элементов резания рекомендуется определить не менее трех - пяти, значений температуры для каждого из принятых элементов процесса резания. Результаты экспериментов заносятся в протокол и по ним строятся графики зависимости температуры резания от каждого из трех исследуемых элементов резания. Графики строятся в логарифмических координатах.

Рис. 3.1 Зависимость температуры от элементов резания

Тангенсы углов наклона прямых, представляющих эти зависимости, численно равны показателям степеней , , , т.е.

После определения значений , и , используя результаты любого из проведенных экспериментов, можно определить постоянную

Измерение температуры производится с помощью искусственной хромель-копелевой термопары, выполненной с двумя холодными спаями, горячий спай которой установлен под твердосплавной пластинкой рабочей части резца (рис. 3.2).

Определение температуры резания по показаниям милливольтметра производится с помощью градуировочной таблицы хромель-копелевых термопар или на ЭВМ по программе "ТХК100" , основываясь на аппроксимационной зависимости

°С

где - термоЭДС хромель-копелевой термопары, мВ.

Рис. 3.2. Схема измерения-температуры: I - обрабатываемая деталь; 2 - резец; 3 - хромель; 4 - термостатированные холодные спаи; 5 - медные выводные провода; 6 - милливольтметр; 7 - копель

Таблица 3.1

Протокол измерений

Станок__________, обрабатываемый материал _______________, марка материала резца _______________, тип резца ________________

Таблица 3.2

ТермоЭДС , мВ, хромель-копелевых термопар

3.4.3. Задание третье. Составить отчет по работе и сдать зачет преподавателю

Отчет завершается сравнением экспериментальных результатов с теоретическими [1] и краткими выводами по работе.

4. Лабораторная работа № 3

Определение коэффициента теплоотдачи от горизонтального цилиндра к воздуху при естественной конвекции

4.1. Общие указания по выполнению работы

4 1.1 Цель работы: Изучить конструкцию экспериментальной установки, методику проведения эксперимента и определить коэффициент теплоотдачи от горизонтального цилиндра к воздуху при естественной конвекции.

4.2. Краткие теоретические сведения

Конвекция - это явление переноса теплоты в жидкостях или газах путем перемещения самого вещества (как вынужденного, так и самопроизвольного).

При вынужденной (принудительной) конвекции перемещение вещества обусловлено действием каких-то внешних сил (насос, вентилятор и др.).

Естественная конвекция возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции частицы вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а холодные частицы опускаются вниз, в результате чего возникает процесс перемешивания вещества с одновременным переносом тепла.

Значения коэффициента теплоотдачи естественной конвекцией для газов лежат обычно в пределах от 6 до35 Вт/ (м²×град).

Для расчета среднего значения коэффициента теплоотдачи при свободном движении жидкости используется зависимость [1]

, (4.1)

где постоянные С и n определяются режимом свободного движения и условиями обтекания твердого тела. Величины этих постоянных приведены в таблице

Таблица 4.1

Значения постоянных в формуле (4.1)

В формуле (4.1) индексы “ж” и “с” означают, что физические свойства жидкости выбираются соответственно при температуре жидкости вдали от поверхности теплообмена и при температуре этой поверхности (стенки). При обтекании горизонтального цилиндра определяющим размером является его диаметр, а при обтекании вертикальной стенки – высота этой стенки. - число Прандтля жидкости, - число Грасгофа, где - ускорение силы тяжести; - температурный коэффициент объемного расширения жидкости; - кинематический коэффициент вязкости жидкости.