Теоретические основы теплотехники. Методические указания - 4 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Лабораторная работа 1
ИССЛЕДОВАНИЕ
ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
МЕТОДОМ ПЛОСКОГО БИКАЛОРИМЕТРА
Цель работы. Методом плоского бикалориметра определить величину коэффициента теплопроводности
λ. Сравнить результаты измерений с данными из литературных источников.
Основы теории
Коэффициент теплопроводности λ определяет количество теплоты, передаваемой через единицу изотер-
мической поверхности внутри твердого тела за единицу времени при температурном напоре в один градус на
расстоянии в 1 м. Это одна из важнейших теплофизических характеристик материала, определяющая способ-
ность тел проводить тепло. Знание величины λ совершенно необходимо при инженерных расчетах процессов
теплообмена.
Теоретическую основу измерений составляет теория регулярного режима нестационарной теплопроводно-
сти, в соответствии с которой при наступлении регулярного режима нагрева или охлаждения температура t в
любых точках тела с течением времени меняется по закону экспоненты
τ
+=
m
Aett
0
,
где t
0
– начальная температура тела; А – множитель, зависящий от формы тела и положения точки, в которой
исследуется температура; m – темп нагревания или охлаждения, зависящий еще и от теплопроводности, тепло-
емкости и плотности материала, а также от условий на границе между телом и окружающей средой; τ – текущее
время.
Начальный этап любого неустановившегося процесса теплопроводности существенно зависит от началь-
ных условий, например, от первоначальной
неравномерности распределения температуры в теле. Однако с течением времени влияние этой неравномерно-
сти уменьшается, температурное различие существенно сглаживается, оно становится практически неощути-
мым. Вот тогда и наступает тот режим, который называют регулярным. Регулярный режим охлаждения или
нагревания наступает, таким образом, на последующем этапе процесса. Первоначальный же этап, на котором
изменение температуры по времени описывается гораздо более сложными зависимостями и который называют
нерегулярным режимом нестационарной теплопроводности, составляет примерно 15…25 % от общей продол-
жительности процесса.
Для тел простой формы (плоская стенка, цилиндр, шар) значения А и m определены сравнением приведен-
ной формулы с результатами аналитического решения задачи. Это дает возможность получить формулы для
расчета коэффициента температуропроводности, а = λ/(ρс) по величине экспериментально определенного зна-
чения m. Если известны значения ρ и с (измерены какими – то другими методами), тогда легко находится и ве-
личина λ. Аналогично могут быть рассмотрены и составные тела, что позволяет определять теплофизические
свойства образцов, находящихся в тепловом контакте с теплоемким ядром бикалориметра.
Теория регулярного режима и теория различных бикалориметров достаточно подробно и доказательно
описаны в учебной литературе [1] – [3]. Этому же вопросу посвящена и специальная монография [4].
Экспериментальная установка и методика измерений
Общий вид экспериментальной установки приведен на рис. 1. Основу установки составляет плоский бика-
лориметр ПБ-63, предназначенный для измерения термического сопротивления R
т
и коэффициента теплопро-
водности λ твердых материалов с плотностью до 1000 кг/м
3
и сыпучих материалов не зависимо от плотности в
интервале температур от 30 до 60 °С с погрешностью измерений не более ±10 %.
Конструктивно бикалориметр состоит из массивного латунного ядра 7, внутри которого установлены элек-
тронагреватель и медь – константановая термопара. Снаружи ядра с обеих его сторон располагаются плоские образ-
цы 6, к которым специальными гайками (на схеме не показаны) прижимаются латунные охлаждающие блоки 5. На
поверхности одного из них установлена другая такая же термопара 8. Блоки эти имеют внутренние полости, по ко-
торым с помощью термостата 1 и по трубкам 2 прокачивается охлаждающая вода.
Термопарные провода подводятся к блоку холодных спаев 9 и включаются дифференциально. В результа-
те цифровой милливольтметр 10 будет показывать величину термоэдс, пропорциональную разнице температур
в точках измерения, т.е. практически разницу температур на поверхностях исследуемого образца.
Вкл.
3
1
2 4
5
6 7 8
9 10
Вкл.
0.134
Рис. 1 Схема экспериментальной установки:

Страницы