Опис експериментальної установки. МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний університет кораблебудування
імені адмірала Макарова
О.А. ЄПІФАНОВ, Б. В. ДИМО, А.П. ШЕВЦОВ
ЗБІРНИК ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ
з курсу “Тепломасообмін”
Миколаїв
2007
УДК 536.27:629.5
Єпіфанов О.А., Димо Б.В., Шевцов А.П. Збірник лабораторних робіт з курсу “ Тепломасообмін ”. – Миколаїв: НУК, 2007. – с.
Кафедра технічної теплофізики і суднових паровиробних установок
У збірнику наведені основні поняття, визначення і закони процесів теплопереносу, розрахункові формули і методика обробки та узагальнення дослідних даних. Подані опис та методика виконання лабораторних робіт, а також необхідні довідкові матеріали.
Призначений для студентів денної та заочної форм навчання спеціальностей 7.090509 "Суднові енергетичні установки та устаткування", 7.090510 "Теплоенергетика", 7.090506 "Турбіни", 7.090520 "Холодильні машини та установки", 7.090210 "Двигуни внутрішнього згоряння".
Рецензент д-р техн. наук, проф. Тимошевський Б.Г.
Видавництво, 2007
Передмова
Підготовка кваліфікованих кадрів інженерів-енергетиків у вищих навчальних закладах передбачає оволодіння методологічними основами експерименту у області тепломасообміну.
Збірник вміщує лабораторні роботи, передбачені робочими навчальними програмами дисциплін “Тепломасообмін” та “Теоретичні основи теплотехніки”.
|
|
|
Крім опису лабораторних робіт і методичних вказівок щодо їх виконання у збірнику наведені короткі відомості з теорії тепломасообміну, а у додатку – необхідний довідковий матеріал.
ЗАГАЛЬНІ ВИМОГИ ДО ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ І ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ
Для успішного проведення лабораторної роботи студент має проробити рекомендовану літературу, вивчити основні поняття і розрахункові співвідношення відповідного розділу курсу і даного збірника.
Перед виконанням роботи студент має ознайомитись з описом лабораторної установки і схемою вимірювань, методикою дослідження й обробки дослідних даних, заготовити форму протоколу для їх запису. Перед вмиканням стенда студент пред'являє всі підготовлені матеріали і відповідає на питання з його устрою і методиці дослідження. Вмикання і вимикання стенда робиться з дозволу і під спостереженням лаборанта або викладача.
Звіт з лабораторної роботи починається титульним листом, що виконується відповідно до загальних вимог. Вказується кафедра, назва роботи, навчальна група, прізвище студента і дата виконання.
Звіт виконується на стандартних листах паперу формату А4 із дотриманням правил ЄСКД у рукописному або машинописному виді. Для обробки дослідних даних можна використовувати комп’ютерні програми «Mathсad» та інші. Графіки виконуються на листах міліметрового паперу формату А4 або А3 із вказівкою шкал на координатних осях. Шкали наносяться в масштабі з вибором початку відліку таким чином, щоб дослідні результати займали всю площу листа.
|
|
|
Вибір теплофізичних властивостей, застосування формул, запозичених із літературних джерел, мають супроводжуватися посиланням на літературу, список якої представляється наприкінці звіту. Умовні літерні позначення і термінологія повинні відповідати загальноприйнятим стандартам.
СТАЦІОНАРНА ТЕПЛОПРОВІДНІСТЬ
Лабораторна робота 1
Визначення коефіцієнтів теплопровідності твердих тіл методом плоского шару
Мета роботи: вивчення одного зі стаціонарнихметодів визначення коефіцієнта теплопровідності теплоізоляційних матеріалів, ознайомлення з методикою експериментального вивчення процесів теплопровідності й обробки дослідних даних.
Короткі відомості з теорії
У теорії теплообміну тіла розглядаються як суцільні середовища, що наділені макроскопічними теплофізичними властивостями. До них відносять коефіцієнти теплопровідності 
, температуропровідності a і питому теплоємність c. Теплофізичні властивості змінюються у широких межах в залежності від природи тіла та його термодинамічних параметрів, тому експериментальні методи є практично єдиним способом їх отримання. Експериментальні методи визначення теплофізичних властивостей поділяють на стаціонарні і нестаціонарні.
|
|
|
Методи стаціонарної теплопровідності основані на законі Фур’є, згідно з яким тепловий потік 
, Вт, що проходить через ізотермічну поверхню 
, м2, пропорційний температурному градієнту 
, К/м:
,
де –коефіцієнттеплопровідності, Вт/(м · К), і диференціальному рівнянні теплопровідності, яке у випадку стаціонарного теплообміну і незалежності від температури приймає вид
.
Коефіцієнттеплопровідності характеризує здатність речовини проводити теплоту і залежить від температури, тиску і роду речовини.
Стосовно одновимірного температурного поля плоского, циліндричного і кульового шарів при граничних умовах першого роду коефіцієнт теплопровідності можна визначити зі співвідношення
|
|
|
(1.1)
де – тепловий потік, Вт; 
, 
– температури зовнішньої і внутрішньої поверхонь шару, К; К – коефіцієнт форми зразка, що досліджується, м -1.
Коефіцієнт форми для необмеженого плоского і циліндричного шарів, а також для кульового шару визначається за формулами
,
де 
– товщина плоского шару, м; – площа поверхні плоского шару, нормальної до напрямку теплового потоку, м2; 
, 
– внутрішній і зовнішній діаметри циліндричного і кульового шарів відповідно, м; 
– довжина циліндричного шару, м.
Таким чином, для того, щоб визначити коефіцієнт теплопровідності досліджуваного матеріалу , необхідно виміряти у стаціонарному режимі тепловий потік , що проходить крізь досліджуваний зразок, і температури його ізотермічних поверхонь. За рівнянням (1.1) розраховують коефіцієнт теплопровідності твердих тіл, а також рідин і газів при відсутності інших видів перенесення теплоти. У випадку залежності від температури рівнянням (1.1) можна користуватися при умові, що у досліджуваному зразку має місце незначний перепад температур. У цьому випадку отримані середні значення коефіцієнта теплопровідності будуть близькими до їх істинних значень.
При дослідженні теплоізоляційних матеріалів, що мають низьку теплопровідність ( 
Вт/(м · К)), широке розповсюдження отримав метод необмеженого плоского шару,коли зразку досліджуваного матеріалу надається форма тонкої круглої або квадратної пластинки. Для створення перепаду температур одна поверхня пластинки нагрівається, а інша охолоджується за допомогою пристроїв, що мають плоскі поверхні, між якими затискається досліджуваний зразок. При виборі геометричних розмірів досліджуваних зразків необхідно виконати умову 
, де 
– діаметр круглої пластини (або сторона квадрата), для забезпечення одновимірності температурного поля. Для усунення теплових втрат з бокових поверхонь зразка використовують теплову ізоляцію або охоронні електричні нагрівники.
До недоліків метода слід віднести труднощі, пов’язані з усуненням термічного опору, що виникає у місцях контакту зразка з поверхнями нагрівника і холодильника. З метою зменшення контактного термічного опору поверхні піддають старанній обробці, а для забезпечення контакту створюють значні стискаючі зусилля.
Поряд з описаним методом на практиці розповсюдження отримали методи необмеженого циліндричного шару, коли зразку надається форма труби, і кульового шару, коли зразку надається форма кульової стінки. Перший метод використовується при дослідженні теплопровідності рідин і газів, а другий – сипких матеріалів [2, 4, 5].
Опис експериментальної установки
З метою створення одновимірного температурного поля досліджуваним зразкам 1 надають форму двох плоских дисків, які розміщують між нагрівником 2 і холодильниками 4 (рис. 1.1). Вони мають щільно прилягати до гарячої і холодної поверхонь приладу без повітряних зазорів. Щільність контакту всіх елементів приладу досягається необхідною чистотою обробки стичних поверхонь, спеціальним графітовим мащенням і натискним пристроєм.
Нагрівання здійснюється електричним нагрівником, виконаниміз ніхромового дроту діаметром 0,4×10-3 м у фарфорових бусинах, що розміщується у спеціальному каркасі. Для запобігання радіальним витокам теплоти застосовується бокова теплова ізоляція 12 з пінопласту.
При стаціонарному тепловому стані тепловий потік, що виділяється нагрівником, повністю проходить через досліджувані зразки. Цей тепловий потік визначається за електричною потужністю нагрівника, яка вимірюється за показаннями амперметра 10 і вольтметра 11. Відведення теплоти, що пройшла крізь зразки, здійснюється водою, що протікає через порожнину двох холодильників 4.
Температура поверхонь досліджуваних зразків вимірюється термопарами 5. Одновимірний характер температурного поля дозволяє робити вимірювання температури тільки в одній точці поверхні – у центрі диска. Термопари кожного зразка з’єднані міжсобою диференціально і вимірюють різницю температур його гарячої і холодної поверхонь. Електрорушійна сила (ЕРС) термопар вимірюється цифровим мілівольтметром 7. Термопари підключаються до мілівольтметра за допомогою перемикача термопар 8. Температура охолодної води на вході і виходіз холодильника вимірюється термометрами 3 і 6. Потужність нагрівника змінюється за допомогою автотрансформатора 9.
Порядок виконання роботи
1. Ознайомитися з експериментальною установкою, конструкцією і правилами користування приладами.
2. Перевірити наявність води, що охолоджує холодильник.
3. Включити електроживлення нагрівника й установити за допомогою автотрансформатора перше значення потужності нагрівника.
4. Після досягнення зразками стаціонарного теплового стану виміряти силу струму 
, напругу 
, ЕРС термопар ( 
і 
), температуру охолодної води на вході і виходіз холодильника 
і 
і занести їх до протоколу. Для визначення виходу установки на стаціонарний режим необхідно через кожні3 хв.виконувати вимірювання різниці температур на поверхнях одного із зразків. Режим вважається стаціонарним, якщо на протязі трьох послідовно виконаних вимірювань показання мілівольтметра залишаються незмінними.
4. Перейти до наступного режиму шляхом зміни потужності нагрівника. Контроль виходу установки на новий стаціонарний режим робиться аналогічно.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 555; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!