Изложение содержания отчета должно быть логически последовательным и кратким. Сокращение слов в тексте, за исключением об-

щепринятых в русском языке, не допускается. Результаты экспериментов оформляют в виде таблиц. Значения символов и числовых ко-

эффициентов расшифровывают непосредственно под формулой в той

СибАДИпоследовательности, в какой они приведены в ней, например:

q t1 t2 ,

где q − плотность теплового потока, Вт/м2; λ − коэффициент те-

плопроводности матер ала о разца, Вт/(м∙К); δ − толщина образца, м; t1

иt2 –значен ятемпературнапротивоположныхповерхностяхобразца,оС.

ЛАБОРАТОРН Я Р БОТА № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛА МЕТОДОМ ПЛОСКОЙ СТЕНКИ (видео 1)

Цели лабораторной ра оты: закрепление знаний по разделу «Стационарная теплопроводность»; исследование процесса передачи теплоты теплопроводностью через плоскую стенку при стационарном тепловом режиме.

Задачи исследования:

– определить экспериментальным путём коэффициент теплопроводности испытуемого материала методом плоской стенки;

– установить факторы, влияющие на интенсивность передачи теплоты через плоскую стенку.

Оборудование оснащение: имитационная экспериментальная установка по определению стационарной теплопроводности заданного материала методом плоской стенки.

1. Теоретические основы

Согласно второму закону термодинамики самопроизвольный процесс переноса теплоты происходит под действием разности температур и направлен от более горячего тела к более холодному, т.е. в сторону уменьшения температуры.

5

Всего существует три вида передачи теплоты:

–теплопроводность;

–конвекция;

–тепловое излучение.

Теплопроводностью называется процесс передачи теплоты при

непосредственном контакте тел или частицами тел с различными температурами, который происходит на молекулярном уровне. Теплота передается за счет переноса энергии микрочастицами из зоны с высокой температурой в зону с более низкой температурой в результате непосредственного контакта (межмолекулярных столкновений)

СибАДИt f (x, y,z, ), (1) где t – температура; x, y, z – пространственные координаты; − вре-

микрочаст ц с разным уровнем энергии.

Теплопроводность в основном имеет место в твердых телах в незнач тельной степени присутствует в жидкостях и газах. Полностью отсутствует в вакууме в силу отсутствия микрочастиц.

Так м образом, процесс передачи теплоты теплопроводностью

сопровождается зменением температуры как в пространстве, так во времени.

1.1. Температурное поле

Аналитическое исследование теплопроводности сводится к изучению пространственно-временного изменения температуры, т.е. к

нахождению уравнения

мя.

Уравнение (1) представляет собой математическое выражение температурного поля. Температурное поле есть совокупность значений температуры во всех точках изучаемого пространства для каждого момента времени. Если соединить точки, имеющие одинаковую температуру, то получим поверхность равных температур изотермическую поверхность с температурой t. Изотермической поверхностью называется геометрическое место точек в температурном поле, имеющих одинаковую температуру. Так как одна и та же точка тела не может одновременно иметь различные температуры, то изотермические поверхности не пересекаются. Они либо оканчиваются на поверхности тела, либо целиком располагаются внутри самого тела.

Пересечение изотермических поверхностей плоскостью дает на

6

этой поверхности семейство изотерм. Они обладают теми же свойствами, что и изотермические поверхности, т.е. не пересекаются, не обрываются внутри тела, оканчиваются на поверхности либо целиком располагаются внутри тела.

На рис.1 представлено сечение тела с нанесёнными изотермами,

n

l

n

t+ t

t

t- t

Р с. 1. Изотермы: n – нормаль; n – расстояние между зотермами по нормали; t – приращение температуры; l – про звольное направление изменения температуры

температуры которых отличаются на величину t. Температура в теле изменяется только в направлениях l, не совпадающих с изотермической поверхностью. При этом наибольшее изменение температуры на единицу толщины поверхности происходит в направлении, перпендикулярном к изотермической поверхности (нормаль n).

1.2. Градиент температуры

Возрастание температуры внутри пространства (тела) характеризуется градиентом температуры.

Температурным градиентом grad t (К/м) называется предел отношения изменения температуры ∆t к расстоянию ∆n по нормали между соответствующими изотермическими поверхностями при ∆n → 0

Градиент температуры является вектором, направленным по нормали к изотермической поверхности (нормаль n) в сторону возрастания температуры и численно равным первой производной от температуры по этому направлению:

7