Приборы, оснастка и материалы

1. Электрическая печь сопротивления СНОЛ-1,6.

2. Промышленная термопара в чехле из жаропрочного сплава.

3. Стальной образец с зачеканенными в центре и на поверхности термопарами.

4. Потенциометр КСП-4.

Ход работы

1 Цилиндрический стальной образец диаметром 90 мм и длиной 195 мм поместить в печь.

2 Через каждые 2 мин измерять температуру печи, поверхности и центра образца с помощью термопар. Полученные результаты занести в таблицу 1.1. Эксперимент закончить при достижении температуры в центре образца 600⁰С.

Таблица 1.1 - Результаты эксперимента

Время нагрева, мин	Температура, 0С
	печи	поверхности	центра

Обработка экспериментальных данных

1 Построить температурный график нагрева стального образца по опытным данным:

t_печ=f( ); t_пов=f( ); t_цен=f( ); t=t_пов-t_цен=f( ).

2 Вычислить приведенный коэффициент излучения в электропечи:

C_пр = ,

где C₀- коэффициент излучения абсолютно черного тела, C₀ = 5,67 Вт/(м²·К⁴):

ε₁ и ε_2-- степень черноты поверхности металла и стенок печи, принимается ε₁ = ε₂ =0,8;

F₁ и F₂ – площади поверхностей металла и стенок печи, участвующие в теплообмене излучением, м².

3 Температурные графики разделить на три равных по времени участка.

4 Для каждого участка рассчитать удельный тепловой поток в начале и конце:

q=C_пр

5 Вычислить коэффициент теплоотдачи в начале и конце каждого участка:

6 Поскольку температура поверхности образца при его нагреве изменяется, последующие расчеты ведутся по среднегеометрическому значению коэффициента теплоотдачи, т.е.

,

где -среднегеометрический коэффициент теплоотдачи, Вт/м²·К;

- коэффициента теплоотдачи в начале 1-го периода, Вт/м²·К;

- коэффициента теплоотдачи в конце 3-го периода, Вт/м²·К.

7 Вычислить среднюю температуру металла за все три периода нагрева:

где t_нач -температура металла в начале нагрева, ⁰C;

и -соответственно температура поверхности и центра в конце нагрева.

8 Для средней - температура металла по справочным данным определить значение коэффициента теплопроводности и температуропроводности.

9 Определить критерий Био:

Bi= ,

где r₀ – радиус образца, м;

 - коэффициент теплопроводности (табл.1.2) при t_ср, Вт/(м·К).

10 Поскольку число Bi меньше 0,25, то образец относится к тонким телам.

Время нагрева определяется по уравнению:

,

где c – теплоемкость металла, Дж/(м·К);

М – масса образца, кг;

F_ср – поверхность металла, воспринимающая тепло, м²;

- средний коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К);

t_печ – температура печи, ⁰С;

t_м.нач и t_м.кон – температура метала соответственно начальная и конечная, ⁰С.

Вычислить время нагрева в каждом из трех периодов и определить суммарное время нагрева. Полученное значение сравнить с экспериментальным значением.

11 Определить, сколько потребуется времени выдержать образец в печи, чтобы разность температур между поверхностью и центром не превышала t_кон = 20 ⁰С и t_нач = 10 ⁰С.

Таблица 1.2 - Теплопроводность сталей при различной температуре, Вт/(м^.К)

Сталь	Температура, 0С
	0	100	200	300	400	500	600
Углеродистые: малоуглеродистая среднеуглеродистая высокоуглеродистая	58,6 50,6 49,2	55,6 49,4 46,6	52,6 48,2 44,0	48,6 45,6 40,9	45,0 42,5 37,8	40,8 39,1 35,0	37,1 35,8 32,4
Трансформаторная	22,6	24,9	27,2	29,3	31,1	30,5	28,1
Жаропрочные: хромистая хромоникелевая	26,7 15,4	27,7 16,3	27,2 17,2	28,0 18,4	27,7 20,1	27,2 21,7	26,4 23,8

Продолженние таблицы 1.2

Сталь	Температура, 0С
	700	800	900	1000	1100	1200	1300
Углеродистые: малоуглеродистая среднеуглеродистая высокоуглеродистая	34,2 32,5 28,2	30,2 26,2 24,1	27,4 26,1 25,3	27,8 26,9 26,5	28,5 28,1 27,9	29,8 29,6 29,5	37,1 35,8 32,4
Трансформаторная	27,3	27,7	26,4	-	-	-	-
Жаропрочные: хромистая хромоникелевая	25,5 25,6	25,1 26,7	26,7 26,7	27,7 28,0	28,8 28,0	30,5 29,7	- -

Времени выдержки может быть определено по выражению:

,

где S – толщина заготовки, м;

- коэффициент температуропроводности, м²/с;

m – коэффициент, зависящий от степени выравнивания температуры δ:

.

Коэффициент m может быть определен по графику выдержки (рис.1.3).

Рисунок 1.3 – График для определения продолжительности выдержки

Содержание отчета

1. Теоретические сведения.

2. Описание хода работы.

3. Результаты эксперимента (табл.1.1).

4. Графики зависимостей: t_печ=f( ); t_пов=f( ); t_цен=f( ); t=t_пов-t_цен=f( ).

5. Расчеты по определению и .

6. Выводы по работе.