Методические указания к лабораторной работе №1 тмо определение коэффициента теплопроводности методом трубы (для студентов специальности 05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения) icon

Методические указания к лабораторной работе №1 тмо определение коэффициента теплопроводности методом трубы (для студентов специальности 05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения)


Скачать 35.71 Kb.
НазваниеМетодические указания к лабораторной работе №1 тмо определение коэффициента теплопроводности методом трубы (для студентов специальности 05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения)
Размер35.71 Kb.
ТипМетодические указания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


ЖИТАРЕНКО В.М.

ТКАЧЕНКО К.И.


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ


К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 1 ТМО

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МЕТОДОМ ТРУБЫ


(для студентов специальности 7.05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения)


МАРИУПОЛЬ ПГТУ 2010


ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ


ЖИТАРЕНКО В.М.

ТКАЧЕНКО К.И.
^

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ


К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 1 ТМО

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МЕТОДОМ ТРУБЫ


(для студентов специальности 7.05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения)


Утверждено на заседании

кафедры ПТЭУ и ТС

Протокол №____ от _______20__ г.


Утверждено на методсовете

энергетического факультета

Протокол №____ от _______20__ г.


^ МАРИУПОЛЬ ПГТУ 2010

УДК 536 (077)


Методические указания к выполнению лабораторной работе “Определение коэффициента теплопроводности методом трубы” для студентов специальности 7.05060101-Теплоэнергетика/Сост.: В.М. Житаренко, К.И. Ткаченко. - Мариуполь: ПГТУ, 2010.- 13с.


Изложены цель и задачи лабораторной работы по определению коэффициента теплопроводности методом трубы для теплоизоляционных материалов, дано описание лабораторной установки, методики обработки результатов опытов, определения погрешностей и контрольные вопросы.


Составители: В.М.Житаренко, ст.преп.

К.И. Ткаченко, к.т.н. ст.преп.

Рецензент: Г.С.Сапрыкин, к.т.н. доц.


Отв.за выпуск В.Н.Евченко, к.т.н. доц.



  1. ^ ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ


Целью работы является закрепление знаний по разделу «Стационарная теплопроводность», получение навыков опытного определения коэффициента теплопроводности теплоизоляционных и исследование влияния температуры материала на его коэффициент теплопроводности.


^ 2 Теоретическая часть


Теплопроводность представляет собой перенос теплоты структурными частицами вещества – молекулами, атомами, свободными электронами, т.е. обусловлена движением микро­частиц тела. Теплопроводность может иметь место в любых телах с неоднородным распределением температуры, но механизм переноса те­плоты зависит от агрегатного состояния тела. В газах перенос энергии теплопроводностью осуществляется путем диффузии молекул и ато­мов, в жидкостях и твердых телах - диэлектриках - путем других волн, в металлах перенос энергии осуществляется путем диффузии свободных электронов. Следует отметить, что в жидкостях и газах чис­тая теплопроводность может быть реализована при выполнении условий, исключающих перенос теплоты конвекцией. Теплопроводность в чистом виде большей частью имеет место лишь в твердых телах.

Процесс теплопроводности, как и другие виды теплообмена, может иметь место только при условии, что в различных точках тела (или системы тел) температура неодинакова. В общем случае процесс распространения теплоты теплопроводностью в теле сопровождается измене­нием температуры, как в пространстве, так и во времени. Температурное состояние тела (или системы тел) можно охарактеризовать с помощью температурного поля.

Температурным полем называют совокупность значений температу­ры во всех точках тела для каждого времени.

Различают стационарные и нестационарные температурные поля. Если температура в точках тела не изменяется во времени, то такое температурное поле называют стационарным или установившимся, если же температура меняется во времени, то поле называют нестационар­ным или неустановившимся.

Температура в теле может меняться в направлении одной, двух или трех координатных осей. В соответствии с этим различают одно­мерные (линейные), двухмерные (плоскостные) и трехмерные (пространственные) температурные поля.

Геометрическое место точек в температурном поле, имеющих одинаковую температуру, называется изотермической поверхностью.

Так как одна и та же точка тела не может одновременно иметь различные температуры, то изотермические поверхности не пересекаются, они либо обрываются на поверхности тела, либо замыкаются сами на себя внутри тела. Пересечение изотермических поверхностей плоскостью дает на этой плоскости семейство изотерм, которые обла­дают теми же свойствами, что и изотермические поверхности.

Предел отношения измене­ния температуры Δt к расстоянию между изотермами по нормали Δn при усло­вии, что Δn→ 0 , называют темпе­ратурным градиентом:



(1)

Температурный градиент - векторная величина. За положительное направление вектора grad(t) принимается направление по нор­мали к изотермической поверхности в сторону возрастания температу­ры. Скалярную величину grad(t) мы также будем называть темпера­турным градиентом. Значение grad(t) не одинаково для различных то­чек изотермической поверхности, оно больше там, где расстояние между изотермическими поверхностями меньше.

Закон Фурье - основной закон распространения тепла теплопро­водностью, который вначале был известен как гипотеза Фурье, а позднее получил статус закона. Согласно этому закону количество тепло­ты dQτ, проходящее через элемент изотермической поверхности dF за промежуток времени , пропорционально температурному градиенту ∂t/∂n:


, Дж.

(2)
Коэффициент пропорциональности λ в уравнении (2) есть физический параметр вещества, который характеризует способность вещест­ва проводить теплоту и называется коэффициентом теплопроводности.

Количество теплоты, проходящей в единицу времени через изотер­мическую поверхность dF, называется тепловым потоком:


, Вт.

(3)


Количество теплоты, проходящее в единицу времени через единицу пути изотермической поверхности, называется плотностью теплового потока:


, Вт/м2.

(4)



Коэффициент теплопроводности λ яв­ляется физическим параметром вещества и характеризует способность вещества проводить тепло. В общем случае λ зависит от температу­ры, давления и рода вещества. В большинстве случаев коэффициент теплопроводности для различных материалов определяется экспериментально при измерении плотности теплового потока и grad(t) в ис­следуемом веществе. Коэффициент теплопроводности λ при этом най­дется из соотношения:


,

(5)


Из уравнения (5) можно сформулировать физический смысл коэффициента теплопроводности. Коэффициент теплопроводности чис­ленно равен количеству теплоты, которое проходит в единицу вре­мени через единицу изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице.

Опыты показывают, что для многих материалов с достаточной точностью зависимость коэффициента теплопроводности от температуры можно принять линейной:




(6)


где λ0 - значение коэффициента теплопроводности при t = 0 °С,

b - экспериментальная константа.

Если рассмотреть, как изменяется коэффициент теплопроводности в различных веществах с изменением температуры, то можно сказать следующее.

В газах с повышением температуры коэффициент теплопроводности возрастает, изменение давления не оказывает заметного влияния на коэффициент теплопроводности λ газов лежит в пределах от 0,006 до 0,6 Вт/мК. Коэффициенты теплопроводности паров сильно зависят от давления, а также от температуры.

Коэффициент теплопроводности жидкостей лежит в пределах от ^ 0,07 до 0,7 Вт/мК. У большинства жидкостей с повышением температу­ры λ уменьшается, исключение составляют вода и глицерин. С повышением давления λ жидкостей возрастает.

В металлах основным передатчиком теплоты являются свободные электроны, которые можно уподобить идеальному одноатомному газу. При повышении температуры вследствие усиления тепловых неоднородностей рассеивание электронов увеличивается, что влечет за собой уменьшение коэффициента теплопроводности чистых металлов. При нали­чии разного рода примесей λ металлов резко убывает. В отличие от чистых металлов коэффициенты теплопроводности сплавов при повы­шении температуры увеличиваются.

В диэлектриках с повышением температуры λ обычно растет и сильно зависит от структуры материала, его пористости и влажности.

В лабораторной работе нужно определить коэффициент теплопроводности материала при заданной температуре. Для его определения воспользуемся «методом трубы».

Для цилиндрической стенки безграничной длины при стационарном тепловом режиме количество передаваемого тепла теплопроводностью через стенку на единицу длины определяется уравнением:




(7)


Откуда определяем коэффициент теплопроводности в Вт/(м∙К):




(8)


где qlколичество тепла, передаваемого через цилиндрическую стенку трубы длиной в 1 м, Вт/м;

d1 внутренний диаметры цилиндрической стенки, мм;

d2 наружный диаметры цилиндрической стенки, мм;

T1 температура внутренней поверхности стенки, К;

T2 температура внешней поверхности стенки, К.

Формула (8) является основной для опытного определения коэффициента теплопроводности теплоизоляционных и строительных материалов "методом трубы".


^ 3 ОПИСАНИЕ ОПЫТНОЙ УСТАНОВКИ


Опытная установка состоит из двух образцов 1 и 2 (рис. 1).

Электрический нагреватель 4 помещен в медную трубку 3 для выравнивания поля температур по длине.




1, 2 –исследуемые образцы, 3 - медная трубка, 4 – нагреватель, 5 – наружная трубка, 6 термопара, 7 – цифровой термометр, 8 – амперметр, 9 – вольтметр, 10 регулятор напряжения.


Рисунок 1.- Схема лабораторной установки.


Цилиндрическая стенка моделируется пространством между медной трубкой 3 и наружной трубкой 5. Диаметр внутренней трубки d1= 12мм, а наружной - d2 = 22мм. Пространство меду трубками заполнено теплоизоляционным материалом: образец 1 – шамотный кирпич, образец 2 - каолиновая вата. В каждом образце установлены по две термопары 6 для измерения температур наружной поверхности внутренней трубы и внутренней поверхности наружной трубы. Длина трубок одинаковая и составляет l=400мм. Температуры поверхностей Т1 и Т2 фиксируются с помощью цифрового термометра 7. Переключение между образцами осуществляется с помощью переключателя П1, а между термопарами - с помощью переключателя П2. Регулирование подводимой к нагревателям мощности осуществляется с помощью регулятора напряжения 10, напряжение и ток в цепи нагревателей измеряютмя с помощью вольтметра 9 и амперметра 8.


    1. ^ ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ


Для получения стационарного теплового режима к моменту измерения каждый образец необходимо прогреть в течение 20-30 мин. Мощность, подводимая к нагревателю, поддерживается постоянная, при помощи регулятора напряжения.

Измерения силы тока I, напряжения U, температур Т1,Т2 и температуры окружающей среды tж производится в одной и той же последовательности через 1-2 мин. Необходимо сделать 5 измерений по всем величинам при стационарном режиме, который фиксируется стабильностью показаний термопар во всех 5-ти измере­ниях. Результаты измерений вносятся в табл.1.


Таблица 1. – Результаты измерений.

№п/п

U,

B

I,

A

T1,

оС

T2,

оС

^ ОБРАЗЕЦ №1

1













2













3













4













5













^ ОБРАЗЕЦ №2

1













2













3













4













5
















    1. ^ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА


Определить мощность, подводимую к одному метру трубы из соотношения:



(11)

По формуле (8) определить значение λ, подставляя данные, соответствующие стационарному режиму.

Полученное из опыта значение λ сравнивается со значением коэффициента теплопроводности исследуемого материала λтабл, взятого из литературных источников.

Определить среднюю температуру материала по формуле:

.

Построить график зависимости коэффициента теплопроводности от средней температуры. Определить вид зависимости λ = f(tср).

Определить относительную ошибку эксперимента по формуле:

,

где δλ, δQ, δt – соответственно, абсолютная ошибка при определении λ, Q и t.

Абсолютная ошибка измерения теплового потока и температуры может быть определена как произведение класса точности соответствующего прибора на его предел измерения.

Определить абсолютную ошибку, допущенную при определении λ:

.

Результаты расчета свести в таблицу 2.


Таблица 2. – Результаты обработки экспериментальных данных.


№п/п

ql,

Вт

T1,

оС

T2,

оС

Δt,

оС

λ, Вт/м·К

tср,

оС

λ ± δλ,

Вт/м·К

^ ОБРАЗЕЦ №1

1






















2






















3






















4






















5






















^ ОБРАЗЕЦ №2

1






















2






















3






















4






















5
























6 содержание отчета


  1. Титульный лист.

  2. Наименование и цель работы.

  3. Схему опытной установки.

  4. Таблицу наблюдений.

  5. Обработку результатов опытов.

  6. Определение погрешности измерений.

  7. Выводы.


7 контрольные вопросы


  1. Какова цель лабораторной работы?

  2. Что такое теплопроводность?

  3. Какие Вы знаете виды переноса?

  4. Записать закон Фурье.

  5. Запишите дифференциальное уравнение теплопроводности.

  6. Запишите решение дифференциального уравнения теплопроводности для цилиндрической стенки в случае стационарного режима и граничных условиях 1 рода.



ЛИТЕРАТУРА





  1. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. - М.: Энергия,1981 – 416 с.

  2. Осипова В.А. Экспериментальные методы исследования теплообмена. – М.: Энергия, 1969 – с.

  3. Хииш Л.И. Тепломассообмен. – Мариуполь.: ПГТУ, 2002 – 257 с.

Похожие:

Методические указания к лабораторной работе №1 тмо определение коэффициента теплопроводности методом трубы (для студентов специальности 05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения) iconМетодические указания к лабораторной работе №1 тмо определение коэффициента теплопроводности методом трубы (для студентов специальности 05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения)
Методические указания к выполнению лабораторной работе “Определение коэффициента теплопроводности методом трубы” для студентов специальности...
Методические указания к лабораторной работе №1 тмо определение коэффициента теплопроводности методом трубы (для студентов специальности 05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения) iconМетодические указания к лабораторной работе №2 тмо определение коэффициента теплоотдачи при свободном движении среды (для студентов специальности 05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения)
Методические указания к лабораторной работе “Определение коэффициента теплоотдачи при свободном движении среды” для студентов специальности...
Методические указания к лабораторной работе №1 тмо определение коэффициента теплопроводности методом трубы (для студентов специальности 05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения) iconМетодические указания к лабораторной работе №4 тмо исследование нагрева образца при постоянной температуре в печи (для студентов специальности 05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения)
Методические указания к лабораторной работе «Исследование нагрева образца при постоянной температуре в печи» по курсу «Тепломассообмен»...
Методические указания к лабораторной работе №1 тмо определение коэффициента теплопроводности методом трубы (для студентов специальности 05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения) iconМетодические указания к лабораторным работам по курсу "Электроснабжение промышленных предприятий" для студентов дневной и заочной форм обучения по специальности 090510 промышленная теплоэнергетика
Методические указания к лабораторным работам по курсу "Электроснабжение промышленных предприятий" для студентов специальности 090510...
Методические указания к лабораторной работе №1 тмо определение коэффициента теплопроводности методом трубы (для студентов специальности 05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения) iconМетодические указания для студентов специальности 050501. 15 Профессиональное обучение (автомобили и автомобильное хозяйство) дневной и заочной форм обучения
Выписка из государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования
Методические указания к лабораторной работе №1 тмо определение коэффициента теплопроводности методом трубы (для студентов специальности 05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения) iconМетодические указания по дипломному проектированию для студентов специальности
Настоящие методические указания устанавливают общие требования к содержанию и оформлению дипломных проектов (работ), выполняемых...
Методические указания к лабораторной работе №1 тмо определение коэффициента теплопроводности методом трубы (для студентов специальности 05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения) iconМетодические указания к контрольной работе для студентов заочной формы обучения по специальности
...
Методические указания к лабораторной работе №1 тмо определение коэффициента теплопроводности методом трубы (для студентов специальности 05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения) iconМетодические указания к контрольной работе по курсу «Системы производства и распределения энергоносителей промышленных предприятий» для студентов заочной формы обучения
«Системы производства и распределения энергоносителей промышленных предприятий» для студентов заочной формы обучения специальности...
Методические указания к лабораторной работе №1 тмо определение коэффициента теплопроводности методом трубы (для студентов специальности 05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения) iconМетодические указания для студентов дневной и заочной формы обучения Специальности "Юриспруденция" Издательство "Самарский госуниверситет"
Методические указания содержат программу курса, список литературы и источников, планы семинарских занятий, примерную тематику дипломных...
Методические указания к лабораторной работе №1 тмо определение коэффициента теплопроводности методом трубы (для студентов специальности 05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения) iconМетодические указания к проведению практических занятий для студентов специальности
Методические указания содержат контрольные вопросы и практические задания по основным темам курса «Теория бухгалтерского учета» для...
Методические указания к лабораторной работе №1 тмо определение коэффициента теплопроводности методом трубы (для студентов специальности 05060101-Теплоэнергетика дневной и заочной форм обучения) iconМетодические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Организация международного туризма» для студентов специальности
Методические указания предназначены для студентов специальности 080102 «Мировая экономика» всех форм обучения
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы