Раздел II. Лабораторные работы по разделу “Теплопередача” курса “Техническая термодинамика и теплопередача”.

Современное учение о теплообмене развивается в двух основных направлениях. В одном из них исследования различных задач теплопередачи проводятся аналитическими методами. Во втором направлении, связанном преимущественно со сложными процессами теплообмена, применяется экспериментальный метод исследования. Однако и в первом направлении эксперимент играет весьма большую роль, так как теплофизические параметры, а также параметры тепловых процессов, без которых нельзя провести ни один расчет, могут быть найдены лишь опытным путем. Третье направление, экспериментально-теоретическое, не требующее знания теплофизических свойств материалов, здесь не рассматривается.

Теория теплопроводности представляет собой теорию распространения тепла в различных неравномерно нагретых средах. Cреда считается сплошной без учета молекулярного строения и молекулярных свойств вещества. В соответствии с этим тела характеризуются так называемыми макросвойствами. К ним относятся коэффициенты теплопроводности и температуропроводности, определению которых посвящены отдельные работы этого сборника.

В ходе выполнения работ студенты знакомятся с методиками выполнения измерения температур, измерительной техникой.

Руководства по выполнению лабораторных работ составлены по единой схеме и содержат описание моделей, порядок проведения экспериментов и обработки их результатов.

По каждой лабораторной работе студенты выпускают отчет в соответствии с общими требованиями к отчетной документации

Р А Б О Т А № 1

Стационарный метод определения коэффициента теплопроводности материалов

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Изучение физической сущности определения одной из теплофизических констант.

1. ЗАДАНИЕ. Экспериментально определить коэффициент теплопроводности твердого материала методом неограниченного плоского слоя.

2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ. Большинство экспериментальных методов основываются на наблюдении за температурным полем в исследуемом теле.

Применительно к стационарным условиям используется гипотеза Фурье

(1)

и дифференциальное уравнение теплопроводности

, (2)

где

t=t(r) - температура на координате r, C;

F - площадь, м²;

r - коэффициент формы: 1-пластина, 2-цилиндр, 3-шар;

 - коэффициент теплопроводности, Вт/м C;

Q - тепловой поток, Вт.

Решение уравнений (1) и (2) применительно к одномерным температурным полям для тел простой геометрической формы позволяют найти коэффициент теплопроводности, как

. (3)

Неограниченный плоский слой:

цилиндрический слой:

сферический слой :

где  - толщина плоского слоя;

F - площадь поверхности;

l - длина цилиндрического слоя;

d₁ и d₂ - соответственно внутренний и наружный диаметры цилиндрического и шарового слоя исследуемого вещества.

Из (3) следует, что общий принцип нахождения коэффициента теплопроводности состоит в определении теплового потока Q, проходящего через опытный образец заданных размеров, и перепада температур (t₁-t₂) на обеих его изотермических поверхностях.