Головна

Визначення коефіцієнта теплопровідності сипучих матеріалів методом труби

  1. B) залишки сировини, матеріалів і напівпродуктів, що утворюються у виробництві
  2. D) процес поділу однорідних сипучих матеріалів на фракції (класи) за розмірами складових їх частинок
  3. I. Визначення проблеми
  4. I. Визначення проблеми і цілей дослідження
  5. I. Створення ініціалів і визначення стажу роботи
  6. Nbsp; 7. Приклад розрахунку балки методом переміщень
  7. " Отже, в самій загальній формі можна дати таке визначення релігії: релігія є впізнання Бога і переживання зв'язку з Богом ".

5.1. Мета і зміст

Дослідне визначення коефіцієнта теплопровідності досліджуваного матеріалу методом труби і встановлення залежності величини коефіцієнта теплопровідності від температури, а також фізичної сутності процесу.

5.2. теоретичне обґрунтування

Інтенсивність передачі тепла в твердих тілах, відповідно до закону Фур'є, обумовлюється температурним градієнтом і величиною коефіцієнта теплопровідності, який характеризує собою здатність матеріалів проводити тепло.

.  (5.1)

У загальному випадку коефіцієнт теплопровідності залежить як від хімічної природи тіла, яка зумовлює всі його властивості, так і від параметрів його стану (температура, тиск і т. Д.). Значення коефіцієнта теплопровідності окремих матеріалів визначаються дослідним шляхом.

Для випробування теплопровідності сипучих матеріалів найбільш підходящим є метод труби. При цьому досліджуваного матеріалу надається форма циліндричного шару, на внутрішній і зовнішній поверхнях якого підтримуються деякі середні значення температур, відповідно и  , причому  . При сталому тепловому режимі кількість тепла, що проходить через досліджуваний шар сипучого матеріалу, можна визначити за відомою формулою для теплового потоку через циліндричну стінку:

,  (5.2)

де L и ?c - Довжина і коефіцієнт теплопровідності досліджуваного матеріалу.

Визначення за цією формулою коефіцієнта теплопровідності по відомим іншим величинам не представляє труднощі.

5.3. Апаратура і матеріали

Експериментальна установка (рис. 5.1) складається з двох труб - зовнішньої (d1) І внутрішньої (d2), Між якими поміщений досліджуваний сипучий матеріал, коефіцієнт теплопровідності якого треба визначити.

Основні геометричні характеристики лабораторної установки:

- Зовнішній діаметр зовнішньої труби d3 = 90 мм,

- Внутрішній діаметр зовнішньої труби d2 = 82 мм,

- Внутрішній діаметр внутрішньої труби d1 = 32 мм,

- Довжина установки (кожної труби) L = 1500 мм.

У внутрішній трубі розміщений електронагрівач (4), тепловий потік якого поширюється в радіальному напрямку через шар сипучого матеріалу і зовнішню трубу, в навколишнє середовище. Ця кількість тепла визначається по витраті електроенергії на електричний нагрівач. Споживана нагрівачем потужність регулюється автотрансформатором (7). Для можливості розрахунку потужності нагрівача в його електричний ланцюг підключений амперметр (5) і вольтметр (6).

Малюнок 5.1 - Схема лабораторної установки

Завдяки гарному контакту досліджуваного сипучого матеріалу з внутрішньої і зовнішньої поверхнями труби можна вважати, що відповідні дотичні поверхні матеріалу і труби мають одну і ту ж температуру.

У зовнішню поверхню внутрішньої і зовнішньої труби зачеканити по три термопари відповідно (1) і (2), з'єднувальні дроти яких підключені до потенціометра (3).

Для обліку спотворення температурного поля по довжині досліджуваного матеріалу ці термопари розташовані рівномірно по довжині труб - три на внутрішній поверхні труби і три на зовнішній поверхні труби. Для того щоб тепловий потік поширювався тільки в радіальному напрямку, торці установки мають теплову ізоляцію.

5.4. Вказівки з техніки безпеки

Студенти зобов'язані виконувати загальні вимоги безпеки згідно з Інструкцією з охорони праці в лабораторії C-108 «Теплотехніка. Теплогазопостачання та вентиляція. Теплотехнічні вимірювання. Будівельна теплофізика. Опалення. Теплопостачання. Теплогенеруючі установки. Енергопостачання. Охорона повітряного басейну »кафедри« Теплотехніка, теплогазопостачання та вентиляція », затвердженої 26.12.2005 року. Інструктаж з техніки безпеки проводиться викладачем під розпис студента в спеціальному журналі з «Техніці безпеки».

5.5. Методика і порядок проведення роботи

Коефіцієнт теплопровідності досліджуваного сипучого матеріалу визначається із загального виразу для теплового потоку через циліндричну двошарову стінку, що складається з шару матеріалу і зовнішньої труби

,  (5.3)

де tнд - Температура внутрішньої поверхні сипучого матеріалу (зовнішній поверхні внутрішньої труби), ?C,

tнт - Температура зовнішньої поверхні зовнішньої труби, ?C;

Q - Тепловий потік, що проходить через двошарову циліндричну конструкцію в радіальному напрямку, Вт,

lc и lтр - Відповідно коефіцієнти теплопровідності досліджуваного сипучого матеріалу і зовнішньої труби, Вт / (м К).

З виразу (1.3) шукана величина коефіцієнта теплопровідності сипучого матеріалу буде дорівнює:

.  (5.4)

Геометричні характеристики установки (d1, d2, d3, L) - Відомі з опису установки (п. 5.3.), lтр = 23 Вт/ (м·К). Т.ч. необхідно дослідним шляхом визначити тільки значення теплового потоку і значення температур внутрішньої і зовнішньої поверхні циліндричного шару матеріалу.

Значення теплового потоку не складно підрахувати по витрачається потужності електронагрівача  , Вт.

Значення внутрішніх і зовнішніх температур визначаються за допомогою відповідних термопар і потенціометра, до якого вони підключені. Потім отримані значення температур усереднюються для зовнішньої і внутрішньої поверхні відповідно.

 , ?C і  , ?C,

де t2, t4, t6 - Свідчення внутрішніх термопар, ?C,

t1, t3, t5 - Свідчення зовнішніх термопар, ?C.

Отримане таким чином значення коефіцієнта теплопровідності слід відносити до середньої температури досліджуваного матеріалу:

,

де tнс - Температура зовнішнього шару сипучого матеріалу, тобто внутрішньої стінки зовнішньої труби, яка визначається за відомою величиною lc з розглянутого процесу теплопровідності тільки через циліндричний шар досліджуваного сипучого матеріалу.

На підставі формули (5.2) отримаємо

 , ?С.

Всі наведені обчислення справедливі тільки для стаціонарного (рівноважного) теплового режиму, коли кількість тепла сприйнятого внутрішньою поверхнею дорівнює кількості тепла відданого зовнішньою поверхнею. Тому, перш ніж знімати показання приладів, необхідно переконатися в тому, що внутрішні і зовнішні температури з плином часу перестали змінюватися і залишаються постійними. Експериментальні величини необхідно звести в таблицю 5.1.

У зв'язку з тим, що всі теплові процеси інерційні, в даній роботі для встановлення стаціонарного теплового режиму потрібно чимало часу. Тому за час заняття рекомендується провести всього два-три досвіду. Дані інших теплових режимів установки видаються викладачем кожному студенту за індивідуальним варіантом.

Таблиця 5.1 - Експериментальні значення робочих параметрів за результатами спостережень

 №режіма U, В I, А t1, °С t2, °С t3, °С t4, °С t5, °С t6, °С
               
               
               
               
               

Результати обробки експериментальних даних по всім режимам необхідно представити у вигляді таблиці 5.2 і перевірити на комп'ютері за допомогою спеціальної програми, розробленої в редакторі електронних таблиць Excel.

Таблиця 5.2 - Результати обробки дослідних даних

 №режіма U, В I, А W, Вт tнд, °C tнт, °C tнс, °C lс, Вт/ (м?К) tср, °C
               
               
               
               
               

Потім на підставі перевірених розрахункових даних треба побудувати графік функціональної залежності .

Відомо, що зміна коефіцієнта теплопровідності від температури для переважної більшості матеріалів підпорядковується лінійному закону. Отже, вид функції має наступний вигляд:

,

де l0 - Значення коефіцієнта теплопровідності досліджуваного матеріалу при нулі ?С; b постійна, чисельно рівна тангенсу кута нахилу лінії зміни lс до осі температури. величини l0 и b визначаються з графіка.

При можливості розрахунки і побудову графіка також рекомендується виконувати в Excel. Крім того, інструменти точкової діаграми Excel дозволяють автоматично розраховувати емпіричні коефіцієнти l0 и b.

Дана лабораторна робота вважається виконаною, коду студент, присутній на занятті і виконав практичну частину роботи, представляє викладачеві письмовий звіт виконаної лабораторної роботи в повному обсязі.

5.6. Зміст звіту і його форма

Звіт оформляється в 18-листової зошити і повинен містити наступні пункти:

- Тема роботи;

- мета роботи;

- Короткий опис роботи;

- Принципову схему дослідної установки;

- Протокол записи показників приладів і таблицю результатів обробки дослідних даних;

- Докладні розрахунки з короткими поясненнями для першого досвіду;

- Графік залежності коефіцієнта теплопровідності від середньої температури;

- Визначення досвідчених величин b і l0 і зіставлення результатів досвіду з літературними даними;

- Висновки по даній лабораторній роботі.

5.7. Питання для захисту роботи

1. Фізична сутність процесу теплопровідності.

2. Зміст основного закону теплопровідності і його додаток до тіл простої геометричної форми.

3. Коефіцієнт теплопровідності і фактори, що впливають на його величину.

4. Пристрій дослідної установки, здійснення передумов теорії.

5. Дати визначення градієнта температури.

6. Одиниця виміру кількості теплоти.

7. Як описується температурне поле?

8. Як визначається тепловий потік в лабораторній роботі?

9. Назвати основні види теплообміну.

10. Визначити тепловий потік через поверхню 5 м паропроводу з внутрішнім діаметром dв= 220 мм, Ізольованого ізоляцією товщиною dз= 50 мм. Коефіцієнт теплопровідності труби lт = 58 Вт/ (м?К), Ізоляції lз = 0,047 Вт/ (м?К). Температура на внутрішній поверхні труби tв= 170?С, І на зовнішній поверхні ізоляції tн = 50 ?С.

11. Визначити значення коефіцієнта теплопровідності для
tc= 500 ?С, Використовуючи рівняння його лінійної залежності від температури (за результатами експерименту в лабораторній роботі).

12. Визначити коефіцієнт теплопровідності цегляної стіни печі товщиною d = 38 мм, Якщо температура на внутрішній поверхні стінки tв= 900?С і на зовнішній tн = 110 ?С. Втрати теплоти через стінку q= 300 Вт/м2.

13. Визначити еквівалентний коефіцієнт теплопровідності сталевої стінки парового котла, якщо стінка покриється шаром накипу
dн = 5 мм з коефіцієнтом теплопровідності lн = 0,23 Вт/ (м?К). Товщина сталевого листа dс = 12 мм, коефіцієнт теплопровідності lс = 45 Вт/ (м?К).

14. Розмірність коефіцієнта теплопровідності.

15. Розмірність коефіцієнта термічного опору.

16. Зв'язок між температурами вимірюваними за шкалою Цельсія і Кельвіна.

17. Зв'язок між питомою і абсолютним тепловим потоком, їх розмірності.

18. Термічний опір багатошарової плоскої стінки.

19. Вказати параметри несталого температурного поля.

20. Рівняння закону Фур'є.

21. Формула для визначення лінійної щільності теплового потоку для багатошарової циліндричної стінки.

22. Формула для визначення теплового потоку через багатошарову плоску стінку.

23. Через плоску металеву стінку топки котла товщиною
dс = 7 мм від газів до води проходить питомий тепловий потік q = 2500 Вт/м2. Коефіцієнт теплопровідності стали lc = 32 Вт/ (м?К). Визначити перепад температури на поверхнях стінки.

24. Що таке температурний напір?

Лабораторна робота 6



Випробування відцентрового насоса | Дослідження тепловіддачі від горизонтальної труби при вільному русі повітря

застосування | Дослідження режимів руху рідини | ТЕОРЕТИЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ | АПАРАТУРА І МАТЕРІАЛИ | МЕТОДИКА І ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ | Пристрій відцентрового насоса |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати