1424

Рецензент

канд. техн. наук, доц. А.Л. Иванов (СибАДИ)

СибАДИСодержат нео ход мые справочные данные и контрольные вопросы для закрепления изучаемого материала.

Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качест-

ве метод ческ х указан й.

Т34 Теплопередача [Электронный ресурс] : методические указания к лабораторным работам / сост. В.Д. Галдин. – (Серия внутривузовских методических

Имеют интерактивное оглавление в виде закладок.

Предназначены для студентов направления подготовки «Строительство» профиля «Теплогазосна жение и вентиляция» при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Тепломассообмен и техническая термодинамика».

Подготовлены на кафедре «Городское строительство, хозяйство и экспертиза объектов недвижимости».

Текстовое (символьное) издание (2,2 МБ)

Системные требования: Intel, 3,4 GHz; 150 Мб; Windows XP/Vista/7; DVD-ROM; 1 Гб свободного места на жестком диске; программа для чтения pdf-файлов:

Adobe Acrobat Reader; Foxit Reader

Техническая подготовка Н.В. Кенжалинова Издание первое. Дата подписания к использованию 01.08.2018

Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК . 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2018

В В Е Д Е Н И Е

овременные энерготехнологические системы требуют от специалиста глубокого понимания законов и принципов действия теплового оборудования, встроенного в эти системы. Только достаточно высо- Ский уровень общетеплотехнической подготовки позволит специалисту решать задачи по созданию современных экономически выгодных тепловых установок находить пути повышения их энергетической

эффект вности.

ПримененЛабораторные сследования дают возможность более глубоко понимать основные законы термодинамики и теплопередачи, принципы

работы тепловых установок. О работка опытных данных может осуществляться с помощью диаграмм и справочных таблиц, умение пользоватьсябАкоторыми нео ходимо специалисту.

компьютерных технологий при выполнении лабораторных работ помогает значительно расширить диапазон как качественных, так кол чественных характеристик исследуемых процессов. Использован е в ртуальных лабораторных работ позволяет руководителю занятий ставить перед обучаемыми индивидуальные задания по исследованию теплотехнических процессов.

Виртуальные ла ораторные ра оты разработаны Б.Ф. Кузнецовым и Г.Д. Тарановой на кафедре «Гидравлика, теплотехника и гидропривод» Тверского государственногоДтехнического университета.

Лабораторная работа № 1

1.Цели работы. Освоение одного из методовИопределения коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов (метод цилиндрического слоя) и закрепление знаний по теории теплопроводности.

2.Основные положения. Теплота является наиболее универсальной формой передачи энергии, возникающей в результате молекуляр- но-кинетического (теплового) движения микрочастиц – молекул, атомов, электронов. Универсальность тепловой энергии состоит в том,

3

что любая форма энергии (механическая, химическая, электрическая, ядерная и т.п.) трансформируется либо частично, либо полностью в тепловое движение молекул (теплоту). Различные тела могут обмениваться внутренней энергией в форме теплоты, что количественно выражается первым законом термодинамики.

Теплообмен − это самопроизвольный процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным температурным полем.

Температурным полем называют совокупность мгновенных значений температуры во всех точках рассматриваемого пространства. Поскольку температура − скалярная величина, то температурное поле −

Теплопроводность − молекулярный перенос теплоты в среде с неоднородным распределением температуры посредством теплового

движения микрочастиц.

Конвекция − перенос теплоты в среде с неоднородным распределе-

нием температуры при движении среды.

Теплообмен излучением − теплообмен, включающий переход внут-

ренней энергии тела (вещества) Дв энергию излучения, перенос излу-

чения, преобразование энергии излучения во внутреннюю энергию другого тела (вещества).

В зависимости от времени теплообмен может быть:

–стационарным, если температурное поле не зависит от времени;

–нестационарным, если температурное поле меняется во времени. Для количественного описания процесса теплообмена используют

следующие величины:

Температура Т в данной точке тела, осредненная: по поверхности, по объему, по массе тела. Если соединить точки температурного поля

И

с одинаковой температурой, то получим изотермическую поверхность. При пересечении изотермической поверхности плоскостью получим на этой плоскости семейство изотерм − линий постоянной температуры.

Перепад температур Τ − разность температур между двумя точками одного тела, двумя изотермическими поверхностями, поверхностью и окружающей средой, двумя телами. Перепад температуры

4

вдоль изотермы равен нулю. Наибольший перепад температуры происходит по направлению нормали к изотермической поверхности. Возрастание температуры по нормали к изотермической поверхности характеризуется градиентом температуры.

стоянию между ними n, измеренному по нормали n к этим поверхностям (р с. 1.1).

ратуры при n 0 или это есть вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры, численно равный первой производной температуры по этой нормали:

T lim T gradT T.

ты, проходящее в единицу времени через единицу площади изотермической поверхности.

5

Перенос теплоты теплопроводностью выражается эмпирическим законом Био–Фурье, согласно которому вектор удельного теплового потока прямо пропорционален градиенту температуры:

q ·gradT .

Знак «минус» в уравнении показывает, что направление теплового потока противоположно направлению градиента температуры.

Коэфф ц ент пропорциональности в уравнении характеризует способность тела проводить теплоту и называется коэффициентом

ТеплоизоляционныеАматериалы могут быть неорганического происхождения (асбест, шлаки, глины, пески, минералы и т.д.), органического (шерсть, хлопок, дерево, кожа, резина, текстолит и т.д.) и смешанными, т.е. состоящими одновременно из органических и неорганических веществ. Материалы органического происхождения исполь-

включений, отнесенным к единице объема изоляционного материала), размером пор и влажностью. С ростом влажности теплопроводность увеличивается. Теплопроводность пористых тел сильно возрастает с температурой; при температурах более 1300 ОС тепловые изоляторы становятся проводниками теплоты. Сплошные диэлектрические материалы, например стекло, имеют более высокую теплопроводность по сравнению с пористыми материалами.

6

Установлено также, что чем выше плотность материала, тем больше его теплопроводность.

Однослойная стенка (трубка) при = const. Рассмотрим цилиндрическую стенку (трубку) длиной l с внутренним r1 и внешним r2 радиусами (рис. 1.2, а).

Температура цилиндрической стенки меняется по логарифмической зависимости (рис. 1.2, б).

7

Удельный тепловой поток q через единицу площади цилиндрической поверхности будет величиной переменной:

q ·T2 T1 .

Мощность теплового потока Q = q·F через цилиндрическую поверхность площадью F = 2π r l (l – длина цилиндрической стенки)

ления коэффициента теплопроводности основан на измерении:

Таким образом, предлагаемый экспериментальный метод опреде- И

– мощности теплового потока, проходящего через цилиндрический слой;

– перепада температур между внутренней и наружной поверхностями слоя тепловой изоляции;

– геометрических характеристик слоя тепловой изоляции.

3. Схема и описание установки. Исследуемый материал 1

(рис. 1.3) нанесен в виде цилиндрического слоя (d1 = 0,05 м; d2 = 0,02 м) на наружную поверхность металлической трубы 2. Длина цилиндра тепловой изоляции составляет 1 м, что значительно больше наружного диаметра.

8

9

4.Расчетные формулы и расчеты.

1.Все расчеты сводятся к вычислениям коэффициента теплопроводности, Вт/(м·ОС), по формуле

штабе график зависимости коэффициента теплопроводностиИот средней температуры тепловой изоляции. Пользуясь графиком, определить коэффициент β, характеризующий влияние температуры на теплопроводность материала. При обработке графического материала характер зависимости представить в виде уравнения прямой линии:

t 0·(1 ·tср ).

10