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

В установке длина трубы, значительно больше, чем ее внешний диаметр (отношение их составляет 7 к 1). Кроме того, торцы трубы защищены тепловой изоляцией, в виде фторопластовых заглушек, электрический нагреватель имеет равномерно распределенную по длине трубы обмотку, а измерительные термопары установлены в средней части трубы.

Измерение термоЭДС термопар производится цифровым милливольтметром с точностью 0,01 мВ.

Так как весь тепловой поток, выделяемый электрическим токам в нагревателе, рассеивается в окружающее пространство через цилиндрическую трубку, то будет выполняться равенство

.

Следовательно,

, (5.1)

где: - величина тока в нагревателе (а); - напряжение на клеммах нагревателя (в); =0,021 - наружный диаметр образца (м); =0,010 - внутренний диаметр образца (м); =3,1416 – число ; =0,143 – длина образца (м); - температура на внутренней поверхности образца (ºС), определяемая как средняя между показаниями первой и второй термопар; - температура на внешней поверхности образца (ºС), определяемая как показание третьей термопары.

5.3. Задание по работе и последовательность её выполнения

1. Собрать лабораторную установку в соответствии со схемой;

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

3. Включить нагреватель;

4. Производя измерения показаний одной из термопар через каждые 5 минут дождаться выхода установки на стационарный режим (при этом значение термоЭДС термопары должно перестать увеличиваться);

5. Снять отсчет с показаний всех термопар. Результаты занести в протокол;

Таблица 5.1

Форма протокола испытаний

Материал образца ________________

6. Изменяя мощность нагревателя, произвести опыт повторно;

7. Выключить нагреватель и (после остывания) разобрать установку;

8. По формуле 5.1 вычислить значение коэффициента теплопроводности материала и сравнить его со справочным [5];

9. Составить отчет по работе и сделать выводы, в которых отразить величину фактической погрешности определения теплопроводности.

6. Лабораторная работа № 5

Компьютерное моделирование процессов интенсивного нагрева (охлаждения) пластины

6.1. Общие указания по выполнению работы

1. Цель работы. Исследовать влияние параметров пластины на процесс её интенсивного нагрева и охлаждения.

6.1.2. Содержание работы и особенности её выполнения

В процессе выполнения лабораторной работы производится ознакомление с методикой компьютерного моделирования процесса нестационарной теплопроводности в пластине, проведение численного эксперимента и сравнение полученных результатов с теоретическими [3, 4].

Для выполнения работы необходимо следующее оборудование, приборы и инструмент: ЭВМ и программа для расчета температурных полей в пластине при граничных условиях первого рода.

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

Изучить решение нестационарной задачи теплопроводности при различных граничных условиях по конспекту лекций и рекомендованной учебной литературе [6]. Обратить особое внимание на случай больших значений коэффициента теплоотдачи, который при приводит к граничным условиям первого рода, то есть к равенству температуры окружающей среды и температуры стенки пластины. Следовательно, математическая постановка задачи будет иметь вид

, (6.1)

а ее решение -

г де - безразмерная координата, - время (с), - толщина пластины (м), - коэффициент температуропроводности (м²/с), - число Фурье, и - температуры граней пластины (рисунок 6.1).

Рис. 6.1. Схема пластины

Выполнение самостоятельной работы производится в лабора­ториях кафедры самолетостроения или в библиотеке. В заготовку отчета по работе следует включить схему пластины (рис. 6.1), расчетную формулу (6.2) и заготовку протокола вычислений (табл. 6.1), в которой должно быть предусмотрено 10 строк.

6.3. Вопросы к самостоятельной работе

1. Почему температура стенок пластины при интенсивном охлаждении или нагревании быстро достигает значения температуры окружающей среды?

2. Какими критериями подобия характеризуется процесс охлаждения твердого тела и их физический смысл?

3. Как определить полное время нагрева или охлаждения тела?

4. Как влияет величина исходной разности температур между пластиной и окружающей средой на продолжительность нагрева?

6.4. Лабораторные задания и методические указания по их выполнению

1. Задание первое. Получить допуск к выполнению лабораторной работы

2. Задание второе. Изучить влияние исходных условий на протекание процесса нагрева пластины.

Для этого следует выбрать из справочника (табл.5.2.) теплофизические свойства трех разных пластин и последовательно ввести исходные данные в программу расчета теплопроводности. Толщину пластины и условия нагрева задавать одинаковыми, например, = 0,3м, =20С, =100С, = 200С.

Полученные результаты занести в протокол и построить по ним графики нагрева пластин.

Таблица 6.1

Протокол измерений

Таблица 6.2

Свойства некоторых материалов

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

Отчет завершается сравнением экспериментальных результатов с теоретическими [5] и краткими выводами по работе.

Библиографический список

1. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. М., 1985. 304 с.

2. Справочник технолога-машиностроителя. Т.2. М., 1986. 496с.

3. Займан Д. Принципы теории твердого тела. М.: Мир, 1974.

4. Рейсленд Д. Физика фононов. М.: Мир, 1975.

5. Теплопроводность твердых тел. Справочник. Под ред. А.С.Охотина. М.: Энергоатомиздат, 1984.

6. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977. 344с