ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
3
Лабораторная работа
Определение коэффициента теплопроводности
твердых тел методом цилиндрического слоя
1. Теоретические основы работы.
Рассмотрим стационарный процесс теплопроводности в
цилиндрической стенке высотой l с внутренним радиусом r = r
1
и внешним радиусом r = r
2
. На поверхностях стенки заданы
постоянные температуры t
с1
и t
с2
. В заданном интервале
температур теплопроводность материала стенки постоянна.
Температура стенки изменяется только в радиальном
направлении. Процесс стационарный. При данных допущения
уравнение теплопроводности выглядит так [1]:
0
1
2
2
=+
dr
dt
rdr
td
(1)
граничные условия: при r = r
1
, t= t
с1
и при r = r
2
, t= t
с2
.
Решение данного уравнения показывает распределение
температуры в цилиндрической стенке и теплового потока через
неё на расстоянии r от оси:
−−=
1
2
1
211
ln
ln
)(
r
r
r
r
tttt
ccc
(2)
Для нахождения количества тепла, проходящего через
цилиндрическую поверхность в единицу времени,
воспользуемся законом Фурье [2].
F
dr
dt
Q
λ
−= , (3)
где F = 2πrl – площадь поверхности.
4
Следовательно,
[]
Вт
r
r
ttl
Q
cc
,
ln
)(2
1
2
21
−
=
πλ
. (4)
Из последнего соотношения:
- удельный тепловой поток через внутреннюю
поверхность:
−
==
1
2
1
21
1
1
ln
)(
2
r
r
r
tt
q
lr
Q
cc
λ
π
; (5)
- удельный тепловой поток через внешнюю поверхность:
−
==
1
2
2
21
2
2
ln
)(
2
r
r
r
tt
q
lr
Q
cc
λ
π
; (6)
- линейная плотность теплового потока:
)(
21 cc
ttAq
l
Q
−== , (7)
где коэффициент пропорциональности
()
21
ln
2
rr
A
πλ
= .
2. Схема экспериментальной установки и методика
измерений.
Лабораторная работа Следовательно, Определение коэффициента теплопроводности 2πλl (t c1 − t c 2 ) Q= , [Вт]. (4) твердых тел методом цилиндрического слоя r2 ln r1 1. Теоретические основы работы. Из последнего соотношения: - удельный тепловой поток через внутреннюю Рассмотрим стационарный процесс теплопроводности в поверхность: цилиндрической стенке высотой l с внутренним радиусом r = r1 и внешним радиусом r = r2. На поверхностях стенки заданы Q λ (t c1 − t c 2 ) = q1 = ; (5) постоянные температуры tс1 и tс2. В заданном интервале 2πr1l r r1 ln 2 температур теплопроводность материала стенки постоянна. r1 Температура стенки изменяется только в радиальном - удельный тепловой поток через внешнюю поверхность: направлении. Процесс стационарный. При данных допущения Q λ (t c1 − t c 2 ) уравнение теплопроводности выглядит так [1]: = q2 = ; (6) 2 d t 1 dt 2πr2 l r2 ln r + =0 2 dr 2 r dr (1) r1 - линейная плотность теплового потока: граничные условия: при r = r1, t= tс1 и при r = r2, t= tс2. Решение данного уравнения показывает распределение Q = q = A(t c1 − t c 2 ) , (7) температуры в цилиндрической стенке и теплового потока через l неё на расстоянии r от оси: 2πλ где коэффициент пропорциональности A = . ln r ln (r1 r2 ) r t = t c1 − (t c1 − t c 2 ) 1 (2) ln r2 r1 Для нахождения количества тепла, проходящего через цилиндрическую поверхность в единицу времени, 2. Схема экспериментальной установки и методика воспользуемся законом Фурье [2]. измерений. dt Q = −λ F, (3) dr где F = 2πrl – площадь поверхности. 3 4