1.5. Контрольні запитання

1. Фізична суть поняття теплового потоку.

2. Що характеризує собою питомий тепловий потік?

3. Закон теплопровідності через одношарову й багатошарову плоскі стінки.

4. Фізична суть теплопровідності.

5. Закон розподілу температур у випадку теплопровідності в одношаровій і багатошаровій плоских стінках.

6. Як впливає потужність теплового потоку на розподіл температур у плоскій стінці?

7. Фізична суть поняття «термічний опір теплопровідності». Чому він дорівнює для одношарової і багатошарової плоских стінок?

8. Граничні умови першого і другого роду,

9. Що характеризує кожна з теплових характеристик, застосовуваних у розрахунках?

10. Порядок проведення експериментів.

1.6. Техніка безпеки

1. До виконання роботи оглянути установку, перевірити правильність вмикання електронагрівника й приладів.

2. Перед вмиканням установки попередити навколишніх працівників.

3. Забороняється залишати установку ввімкненою без нагляду.

4. Обережно проводити електричні вимірювання, акуратно поводитися з вимірювальними приладами.

5. Після закінчення експерименту вимкнути рубильник, а потім прилади.

2. Дослідження процесу теплопровідності в циліндричній стінці за стаціонарного режиму

Мета роботи – вивчити параметри процесу теплопровідності в стаціонарному тепловому режимі; виконати розрахунок температурного поля в циліндричній стінці; порівняти дослідні дані з результатами розрахунку.

2.1. Основні теоретичні положення

Розглянемо граничні умови другого й третього роду для стаціонарного процесу теплопровідності в циліндричній стінці. На внутрішньому боці однорідної ізотропної стінки задано граничні умови другого роду / , якщо х = 0/, на зовнішньому – коефіцієнт тепловіддачі; і температуру навколишнього середовища , тобто граничні умови третього роду [3].

Задача зводиться до відшукання розподілу температур у стінці. Вираз для теплового потоку, що проходить крізь одиницю довжини циліндричної стінки, Вт/м:

/2.1/

де – температура відповідно на внутрішній і зовнішній поверхні циліндричної стінки; – теплопровідність матеріалу стінки; – відповідно внутрішній і зовнішній діаметр стінки.

Тепловий потік на зовнішній стінці

. /2.2/

З /2.1/ і /2.2/

. /2.3/

Коефіцієнт тепловіддачі на повітрі

/2.4/

де Q – потужність теплового потоку нагрівника, Вт; F – площа бокової поверхні циліндричної стінки, м², ; – ступінь чорноти поверхні циліндричної стінки; С₀ – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла С₀ = 5,7 Вт/(м²·К⁴); L – довжина циліндричної стінки, м; – абсолютна температура відповідно поверхні циліндра й рідини, °С.

Температура в будь-якій точці циліндричної стінки

. /2.5/

Критеріальне рівняння, що описує процес вільної конвекції з твердої поверхні, має вигляд [1]

, /2.6/

де – критерій Нуссельта ; – визначальний розмір, , якщо розміщення циліндра горизонтальне; , якщо розміщення циліндра вертикальне; – теплопровідність середовища, в якому здійснюється процес, Вт/м·°С); – критерій Грасгофа, ; , – фізичні параметри середовища; - температурний напір, °С; – критерій Прандтля.