Федеральное агентство по образованию и науке
Филиал государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Московский энергетический институт
(технический университет)»
в г. Волжском
Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»
С.Б. Шевцова определение тепловых свойств твердых тел методом регулярного режима
Методические указания к лабораторной работе
ВОЛЖСКИЙ 2008
УДК 536.2
ББК 31.31
Рецензент:
Староверов В.В. – канд. техн. наук, доцент кафедры ПТЭ
филиала «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском
Определение тепловых свойств твердых тел методом регулярного режима: Методические указания к лабораторной работе / Сост. Шевцова С.Б. – Волжский: Филиал «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском, 2008. – 12 с.
Предлагаемые методические указания позволяют закрепить теоретические знания в области нестационарной теплопроводности, ознакомиться с методикой экспериментального определения коэффициента температуропроводности материала методом регулярного режима.
Методические указания к лабораторной работе иллюстрированы графиками, схемами и рисунками, изложены в доступной форме со ссылками на литературные источники. Являются хорошей учебной базой для представления данного раздела программного курса студентам всех технических специальностей очной и очно-заочной (вечерней) форм обучения теплоэнергетического факультета.
Рекомендовано к использованию в учебном процессе Учебно-методическим советом филиала «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском.
УДК 536.2
ББК 31.31
© Шевцова С.Б., 2008
© Филиал «МЭИ (ТУ)»
в г. Волжском, 2008
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение теории нестационарной теплопроводности отдельных стадий этого процесса, закономерностей температурного поля, признаков регулярной стадии; ознакомление с экспериментами.
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Определение теплопроводности и температуропроводности теплоизоляци-онного материала при невысоких температурах.
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ
В общем случае поле температур охлаждаемого или нагреваемого тела определяется начальным тепловым состоянием тела, его физическими свойствами, геометрической формой и размерами, а также условиями теплообмена с окружа-ющей средой, то есть описывается уравнением теплопроводности (уравнением Фурье – Кирхгофа), [1, с. 360]:
,
(3.1)
где Т = Т(х, у, z, τ) – температура тела как функция координат и времени, τ; а– коэффициент температуропроводности.
Поле температур определяется начальным тепловым состоянием тела – начальными условиями
T(τ = 0) = f (x, y, z) (3.2)
и условиями теплообмена с окружающей средой (граничными условиями)
(3.3)
где
– коэффициент теплоотдачи от поверхности
тела к окружающей среде;
–
температура поверхности тела;
– температура окружающей среды
(жидкости);
– коэффициент
теплопроводности тела; n
– нормаль к поверхности тела.
Решение
уравнения (3.1) для случая
представляется в виде ряда
,
(3.4)
где
– избыточная температура тела по
отношению к жидкости;
–
постоянные, определяемые формой тела
и начальными условиями;
– функции координат, характеризующие
пространственное распределение
температуры и содержащие в качестве
параметров физические постоянные;
– постоянные, представляющие
ряд положительных возрастающих чисел,
зависящих от геометрии
тела, его физических свойств, условий
теплообмена тела с окружающей средой
и не зависящих от начального распределения
температур, координат и времени.
С
увеличением τ
ряд (3.4)
быстро сходится, и по истечении некоторого
промежутка
времени τ1,
определяемого значением критерия Фурье
(
– характерный размер образца),
устанавливается упорядоченный режим
нагревания (охлаждения) образца, при
котором поле температур перестает
зависеть от начального распределения
температуры в теле. В этом случае можно
ограничиться первым членом ряда и
считать
,
(3.5)
где m – темп нагревания (охлаждения) образца.