МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
2637 МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до виконання лабораторних робіт
з дисципліни “ТЕПЛОМАСООБМІН”
для студентів енергетичних спеціальностей
денної форми навчання
Суми
Видавництво СумДУ
2009
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни “Тепломасообмін”/ Укладачі В.М.Марченко, С.С. Мелейчук - Суми: Вид-во СумДУ, 2009.- 44 с.
Кафедра технічної теплофізики
ЗМІСТ
|
с. |
Вступ……………………………………………………. |
4 |
1. Лабораторна робота 1. Визначення коефіцієнта теплопровідності ізоляційного матеріалу.………….. |
5 |
2. Лабораторна робота 2. Аналіз нестаціонарного процесу теплообміну циліндричного шару.………….. |
10 |
3. Лабораторна робота 3. Дослідження тепловіддачі від вертикальної труби при вільній конвекції повітря……. |
16 |
4. Лабораторна робота 4. Дослідження радіаційно-конвективної тепловіддачі від горизонтальної труби… |
24 |
5. Лабораторна робота 5. Визначення середнього коефіцієнта тепловіддачі при вимушеному русі рідини в трубі……………………………………………………. |
31 |
6. Лабораторна робота 6. Визначення ступеня чорноти твердих тіл методом вакуумного калориметрування…. |
38 |
Список літератури……………………………………….. |
43 |
ВСТУП
Методичні вказівки призначені для студентів фахового спрямування «Енергомашинобудування» і «Теплоенергетика».
Метою лабораторних робіт є поглиблення знань основних положень тепломасообміну – науки, що вивчає основні закономірності переносу теплоти та механізм масообмінних процесів.
Постановка лабораторних робіт базується на використанні основних законів тепломасообміну і включає дослідження стаціонарного і нестаціонарного процесу теплопровідності (роботи 1, 2), конвективного теплообміну (роботи 3, 4), теплопередачі при вимушеному русі рідини в трубі (робота 5), а також випромінювання (робота 6).
Особлива увага під час виконання лабораторних робіт приділяється набуттю навичок у проведенні теплотехнічних експериментів (косвений метод дослідження) і при обробці результатів.
Кожна лабораторна робота розрахована на чотири години занять у спеціалізованій лабораторії тепломасообміну кафедри технічної теплофізики і передбачає двогодинну самостійну підготовку за рекомендованою літературою відповідно до рекомендацій методичних вказівок.
Лабораторна робота 1 Визначення коефіцієнта теплопровідності ізоляційного матеріалу
Завдання
Мета роботи – поглиблення знань стаціонарної теплопровідності (кондуктивний теплообмін), вивчення методики експериментального визначення коефіцієнтів теплопровідності твердих тіл і набуття навичок проведення теплотехнічного експерименту.
У результаті виконання роботи необхідно:
– ознайомитися з вимірюванням температури поверхневого шару тіла термоелектричними термометрами (термопарами);
– за даними експерименту
розрахувати стаціонарний тепловий
потік
через одиницю довжини
циліндричної стінки;
– визначити коефіцієнт
теплопровідності
ізоляційного матеріалу;
– оцінити похибку експерименту.
1.2 Опис експериментальної установки
Схема установки показана на рисунку 1.1.
У середині сталевої труби 1
розміщена спіраль електронагрівача 2
із живленням від мережі через
автотрансформатор 5.
Циліндровий шар азбестової теплоізоляції
3,
коефіцієнт теплопровідності якого
необхідно визначити в експерименті,
покритий допоміжним шаром 4
поліетилену з відомим
коефіцієнтом теплопровідності
=
0,281
0,005 Вт/(м·К)
(для інтервалу
температур
= 20-100 похибка не перевищує
2%).
Температури на поверхні
циліндрових шарів
,
і
вимірюються
термопарами "хромель – копель"
(ХК) у комплекті з мілівольтметром 6
(тип М-64).
|
Рисунок 1.1 – Схема експериментальної установки |
1.3 Порядок проведення роботи
Електрична потужність W нагрівача встановлюється в межах 50-70 Вт. У зв'язку з достатньо високою тепловою інерційністю установки необхідно після її вмикання систематично (через 3-5 хвилин) реєструвати показання приладів (табл. 1.1) до повного досягнення стаціонарного режиму теплообміну, коли останні вимірювання температур , і не відрізняються більше ніж на 2-3%.
Під час проведення роботи необхідно ознайомитися з метрологічними особливостями вимірювань температур термопарами.
Таблиця 1.1
|
W |
|
|
|
q1 |
|
|
хв |
Вт |
оС |
оС |
оС |
Вт/м |
Вт/(м·К) |
% |
1.4 Обробка результатів вимірювань
Необхідні розрахунки виконують за результатами останнього вимірювання, що відповідає стаціонарному режиму.
1.4.1 Тепловий потік
(Вт/м)
через одиницю довжини циліндрової
стінки (допоміжний шар поліетилену)
розраховується за формулою
.
(1.1)
1.4.2 У режимі стаціонарного теплообміну такий самий за величиною тепловий потік пройде через випробувальний шар азбестової ізоляції, тобто
.
(1.2)
Отже, для циліндрового шару азбесту
.
(1.3)
З формули (1.3) за відомими
значеннями q1,
,
,
і
визначають коефіцієнт теплопровідності
азбесту
.
1.4.3 Повний тепловий потік (Вт) через циліндричну поверхню
, (1.4)
де l –довжина труби.
Отримані значення потоку
необхідно зіставити з електричною
потужністю W
нагрівача.
1.4.4 Експериментальне значення
коефіцієнта теплопровідності азбесту
слід порівняти з табличним значенням
*
(величину
*
визначають за середньою температурою
шару азбесту за таблицею на стенді)
.