Лабораторная работа № 1

Определение коэффициента теплопроводности

Воздуха методом нагретой проволоки

Задание

Изучив соответствующие разделы рекомендуемой учебной литературы [1, 5], студент должен:

1) уяснить теоретические положения и методику экспериментального определения коэффициента тепло­проводности газов методом нагретой проволоки;

2) провести опыты по определению коэффициента теплопроводности воздуха;

3) зафиксировать температуру отнесения, при которой был определен коэффициент _экс;

4) сопоставить полученное экспериментальное значение теплопроводности _экс воздуха с табличным значением _таб, рекомендованным в справочной литературе [4].

Теоретические предпосылки экспериментального метода

Экспериментальное определение коэффициента теплопроводности газов методом нагретой проволоки основано на следующем: 1) создании стационарного теплового потока через цилиндрический слой газа (воздуха); 2) определении величин теплового потока и температурного напора на границах цилиндрического слоя воздуха.

Как известно [1, 5], уравнение стационарного теплового потока через однослойную цилин­дрическую стенку имеет вид

, (1)

где Q – тепловой поток, Вт;  – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м·К); l – длина проволоки, м; – перепад температур в слое воздуха, здесь  температура нагретой проволоки, – температура наружной поверхности слоя газа, °С; d₁, d₂  диаметр проволоки и наружный диаметр цилиндрического слоя воздуха, м.

При определенных в опыте значениях теплового потока Q и температурного напора из уравнения (1) находят экспериментальное значение коэффициента теплопроводности _экс сухого воздуха.

Устройство экспериментальной установки

Принципиальная схема экспериментальной установки изображена на рис 4.

а

б

2

4

1

3

5

10

6

9

8

7

Рис. 4. Принципиальная схема лабораторной установки для определения теплопроводности воздуха методом нагретой проволоки:

а – принципиальная схема: 1 – вольфрамовая проволока; 2 – стеклянная трубка; 3 – термостат; 4 – хромель-копелевая термопара; б – передняя панель установки: 5 – измеритель температуры типа 2ТРМО; 6 – универсальный вольтметр типа МУ-67; 7, 9 – тумблеры; 8 – источник питания; 10 – измерительный блок

Нагретая вольфрамовая проволока 1 помещена по оси стеклянной трубки 2, заполненной воздухом. Трубка находится в термостате 3, заполненном проточной водой. Температура воды измеряется хромель-копелевой термопарой 4. Электропитание вольфрамовой проволоки осуществляется от источника питания 8. Величину тока в электрической цепи проволоки определяют по образцовому сопротивлению . Для измерения падений напряжения на вольфрамовой проволоке и на образцовом сопротивлении используется универсальный вольтметр 6 типа МУ-67.

В верхней части передней панели измерительного блока 10 находится двухканальный измеритель температуры 5 типа 2ТРМО, к которому подключена хромель-копелевая термопара 4, измеряющая температуру воды. В нижней части блока расположены: тумблер электропитания 7 и тумблер 9 для переключения вольтметра 6 на измерение падений напряжения на образцовом сопротивлении и нагретой вольфрамовой проволоке.

Общий вид установки показан на рис. 5.

Рис. 5. Общий вид установки для определения теплопроводности воздуха методом нагретой проволоки