4 Метод трубы
Данный метод заключается в том, что на металлическую трубу накладывается исследуемый материал, а внутри помещается электрический нагреватель.
При установившемся тепловом режиме тепловой поток (количество теплоты за единицу времени) Q, создаваемый электронагревателем, полностью проходит через цилиндрический слой исследуемого материала в окружающую среду. При этом через любую изотермическую поверхность, представляющую в данном случае систему концентрически расположенных в теле цилиндрических поверхностей, отстоящих на различном радиусе r от оси симметрии, проходит один и тот же тепловой поток Q.
Измеряя тепловой поток Q = W (численно равен мощности электронагревателя, Вт) и температуры на внутренней и внешней поверхностях слоя исследуемого материала, считая эти поверхности изотермическими, зная длину L и внутренний и внешний диаметры цилиндрического слоя исследуемого материала dвн и dн, коэффициент теплопроводности определяют из уравнения теплопроводности для цилиндрической стенки, Вт/(м·град):
(8)
5 Лабораторная установка
В качестве примера проведения эксперимента по методу трубы представим следующую установку. Лабораторная установка (рис. 4) состоит из горизонтальной стальной трубы 1, покрытой слоем изоляционного материала 2, термопар 7 и 8 , трансформатора (ЛАТР) 5, вольтметра 6 и электронагревателя 4. Торцы труб закрыты гипсовыми заглушками 3, предотвращающими искажение температурного поля из-за боковой утечки тепла.
Горизонтальная труба имеет длину L 0,33 м. Цилиндрический слой изоляционного материала имеет наружный диаметр dн, м. Электронагреватель в виде ТЭНа смонтирован внутри трубы. Равномерный нагрев создается электрическим нагревателем 4, мощность которого регулируется лабораторным автотрансформатором 5 и измеряется вольтметром 6. Температура исследуемого материала измеряется с помощью термопар 7 и 8. Наружная средняя температура замеряется при помощи термопар, горячие спаи которых соответственно расположены снаружи изоляционного слоя, а холодные вынесены на клеммы милливольтметра. Термопары подключены к милливольтметру посредством переключателя. Таблица размеров dвн, dн, L экспериментального участка вывешена около лабораторной установки.
Рисунок 4 - Схема лабораторной установки
6 Результаты эксперимента
Данные, получаемые в результате эксперимента, представлены в табл.1.
Таблица 1
Номер опыта |
Мощность W, Вт |
Усредненная термо-ЭДС внутренней поверхности с поправкой на холодный спай E1+ΔE, мВ |
Усредненная термо-ЭДС наружной поверхности с поправкой на холодный спай Е2+ΔЕ, мВ |
Температура внутренней поверхности t1, °С |
Температура наружной поверхности t2, °С |
Температура окружающей среды (воздуха) tвозд, °С |
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|