Определение коэффициента теплопроводности твердых тел методом цилиндрического слоя. Санеев Э.Л - 2 стр.

UptoLike

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 = 2πrlплощадь 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