Порядок выполнения работы

1. Изучить методические указания,заготовить форму отчета о проведенной работе, в которую внести название и цель работы, основные сведения об изучаемых процессах, схему экспериментальной установки, заготовить таблицы 2 и 3 для записи результатов измерений и вычислений.

2. Ознакомиться с устройством лабораторной установки Рис.3. Подключить установку к сети 220 В.

3. Включить компьютер, подключить стенд к USB разъему компьютера.

Рис.3. Фотография лабораторной установки

4. Вывести на экран лицевую панель лабораторной работы «Нестационарная теплопроводность» (рис. 4), и запустить режим

Рис.4. Лицевая панель программы

5. Установить уставку на 70⁰С и нажать клавишу «Задать уставку», затем включить нагреватель и нажать кнопку «Старт».

6. Наблюдать в течение 20 минут изменения показаний датчиков температуры Т₁– Т₆, закрепленных в образцах, на цифровых индикаторах и многоканальном осциллографе на лицевой панели компьютерной системы измерения.

7. Зафиксировать и перенести в таблицу 2 ключевые моменты переходного процесса нестационарной теплопроводности:

• - время от включения нагревателя до ₁ установления постоянной температуры на термопарах Т₁, Т₃, Т₅, установленных соответственно на образцах 1,2,3 со стороны нагревателя (время неупорядоченной стадии процесса нестационарной теплопроводности);

• - время распространения температурных возмущений до термопар Т_2,, Т₄ , Т₆( ₂ время установления регулярного режима);

• - время установления постоянной температуры на термопарах Т₂ , Т₄, Т₆ ( ₃время выхода на режима стационарной теплопроводности).

8. Дождаться установления стационарного процесса (температура горячих концов изменяется плюс минус 1⁰С) и в данном режиме записать данные по температурам в Табл.3.

9. Задать уставку 100⁰С и аналогично пункту 8 записать данные в Табл.3.

10. Задать уставку 10⁰С, пронаблюдайте охлаждение системы.

11. Используя данные по эталонному медному стержню в Табл.1 и 3 с по выражению (3) рассчитайте тепловой поток, который отдает нагреватель стержню для различных режимов температуры.

12. Коэффициент температуропроводности в выражении (3) определяется по формуле (2) и данных Табл.1.

13. Вычислить по формуле (12) и занести в таблицу 3 коэффициенты теплопроводности испытанных материалов и сравнить их с табличными данными.

14. Вычислить по формуле (2) и занести в таблицу 3 коэффициенты температуропроводности испытанных материалов.

15. Сравнить результаты лабораторного эксперимента с данными таблицы 4.

16. Проанализировать длительность стадий переходного процесса в зависимости от коэффициентов теплопроводности.

17. Проанализировать влияние теплоемкости и плотности на длительность нестационарного процесса.

18. Сделать выводы об информативности численного и экспериментального методов исследования нестационарной теплопроводности, возможностях применений подходов, использованных в настоящей работе, в других задачах.

19. Ответить на контрольные вопросы и сделать самостоятельные выводы по лабораторной работе.

Таблица 2. Ключевые моменты переходного процесса нестационарной теплопроводности

Образцы	Длительность основных стадий нестационарного процесса, с
	стабилизация граничных условий,  1	режим нестационарной теплопроводности, 2	регулярный режим  3
Алюминий
Бронза
Сталь 20

Таблица 3. Основные теплофизические характеристики испытанных образцов

Материал образцов	Плотность, кг/м3	Основные теплофизические характеристики
		Удельная теплоемкость. Дж/(кг К)	коэффициент теплопроводности, Вт/(м К)	коэффициент температуро проводности,м2/с
Алюминий	2730	1090
Бронза	7500	423
Сталь 20	7859	486
Медь	8940	390	387

Таблица 4. Коэффициенты теплопроводности металлов при 0-100⁰С

Металл	Коэффициент теплопроводности, Вт/мК
Алюминий	203,5
Бронза	58
Сталь 20	51
Медь	384

Справка по использованным сплавам

Бронза Бра Ж9-4

• железо (Fe) -2-4 %

• кремний(Si)-0,1%

• марганец (Mn) –до0,5%

• фосфор (P) – до 0,01%

• медь (Cu) –84,3-90%

• алюминий(Al)-8-10%

• цинк(Zn)-до1%

• олово(Sn)-до 0,1%

Сталь 20

• железо (Fe) – до 98%;

• углерод (C) – от 0,17 - 0,24%;

• марганец (Mn) – от 0,35 - 0,65%;

• никель (Ni) – до 0,25%;

• сера (S) – до 0,04%;

• фосфор (P) – до 0,04%;

• хром (Cr) – до 0,25%;

• медь (Cu) – до 0,25%;

• мышьяк (As) – 0,08%.

Контрольные вопросы к защите лабораторной работы:

1. Дайте определение коэффициенту теплопроводности

2. Напишите определительную формулу для коэффициента теплопроводности металлов и запишите единицы измерения.

3. От чего зависит величина коэффициента теплопроводности? Объясните процесс теплопроводности.

4. Что характеризует коэффициент температуропроводности? В каких основных единицах системы СИ он измеряется?

5. Если в технической системе единиц коэффициент теплопроводности равен 4 ккал/(час×град), то какова будет его величина в основных единицах системы СИ?

6. Какие вещества имеют наибольший и наименьший коэффициенты теплопроводности? Что этому способствует?

7. Что входит в полную математическую постановку задачи нестационарной теплопроводности?

8. По какому закону изменяется температура по времени при регулярном нагревания стержня?

9. У каких материалов стационарный режим наступает быстрее?

10. Какие обобщенные координаты используются для универсального описания нестационарной теплопроводности?