2. Описание экспериментальной установки
В экспериментальной установке применён метод имитационного математического моделирования. Экспериментальная установка состоит из персонального компьютера (ПЭВМ) со стандартными органами управления (клавиатура и мышь компьютера) и имитационной математической модели лабораторного стенда для определения коэффициента теплопроводности методом плоской стенки. C помощью органов управлен я вводятся исходные данные эксперимента и про-
изводится снят |
показаний с датчиков. |
|
Лабораторный стенд экспериментальной установки для опреде- |
||
С |
(рис. 2) состоит из нагревательного элемента |
|
ления |
|
|
1, плоской стенки 2, теплоизоляции 3, автотрансформатора 4, регуля- |
|||||||||||
торов площади поверхности плоской стенки 5 и толщины слоев |
|||||||||||
стенки 6, сп сков материалов слоев стенки 7, датчиков измерения |
|||||||||||
температуры внутренней 8 наружной 9 поверхностей стенки. |
|
|
|||||||||
|
|
|
теплопроводности |
|
|
7 |
|
||||
|
|
|
|
|
2 |
6 |
|
|
|||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
бА |
|
10 |
|
||||||
|
8 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Д |
|
|
|||||
|
9 |
|
|
|
|
5 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||||
4 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|||
Рис. 2. Лабораторный стенд экспериментальной установки для определения теплопроводности плоской стенки (вид на экране монитора)
Тепловой поток через стенку создается электрическим нагревателем 1. Изменение мощности нагревателя производится изменением напряжения в цепи нагревателя. Для этого нужно поместить курсор мыши на автотрансформатор 4 и щелкнуть левой клавишей мыши. На экране компьютера появится панель автотрансформатора (рис. 3), на которой имеются регулятор напряжения 3, шкала прибора 1 и кнопка выключения панели 2.
11
1 |
2 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.3. Автотрансформатор:1− шкала напряжения; 2− кнопка выключения панели; 3− регулятор напряжения
Для повышен я напряжения нужно поместить курсор мыши на верхнюю кнопку регулятора 3 и нажать левую клавишу мыши, для снижен я напряжен я − на нижнюю кнопку регулятора. Значение напряжен я отображается на шкале 1. После задания напряжения нужно щелкнуть по кнопке 2 для выключения панели автотрансформатора. Значен е электр ческого сопротивления нагревателя отображается на омметре 10 (см. р с. 2).
Изменен е площади поверхности плоской стенки производится регулятором 6 аналог чно изменению напряжения. Диапазон изменения площади поверхности − от 0,04 до 0,25 м2. Значение площади поверхности отображается слева от регулятора 5. Регуляторами 6 устанавливается толщина слоя стенки от 0 до 300 мм.
Материал стенки вы ирается из списка 7. ля выбора материала необходимо установить курсор мыши на кнопку справа от списка и щелкнуть левой клавишей мыши, из раскрывшегося списка нужно выбрать материал слоя. Название выбранного материала выводится внутри списка.
Измерение температуры на внутрен-
1
ней и наружной поверхностях производится датчиками 8 9. ля определения тем-
|
пературы нужно установить курсор мыши |
|
СибнаАДИдатчик щелкнуть левой клавишей мы- |
||
|
ши. На экране появится изображение тер- |
|
|
мометра (рис. 4), по показанию которого |
|
2 |
определяется температура. Для выключе- |
|
ния панели прибора щелкнуть по кнопке 2. |
||
|
||
|
Измерение температуры по толщине |
|
|
слоя производится датчиками, установлен- |
|
Рис. 4. Термометр: |
|
1 − шкала; 2 – кнопка "OK" |
12 |
выключения панели |
ными в двух ближних к нагревателю слоях стенки. Датчики располагаются в слое толщиной 20 мм и более. Определение температуры выполняется в следующей последовательности:
- установить курсор мыши на слое, в котором производится измерение, и щелкнуть левой клавишей. На экране появится панель с
изображением выбранного слоя стенки 1 (рис. 5), датчиков температуры 2 и 3, глубины установки датчиков 4, которая отсчитывается от поверхности, бл жней к нагревательному элементу;
СибАДРис.5. Измерение температур внутри слояИ: 1− слой стенки; 2− датчики температуры на наружных поверхностях стенки; 3− датчики температуры внутри слоя; 4 − глубина установки датчиков температуры; 5− кнопка вы-
- помест ть курсор мыши на один из датчиков щелкнуть левой
клавишей, на экране появится изображение термометра (см. рис. 4);
- про звести змерение температуры |
|
закрыть панель при по- |
||
мощи кнопки 2. |
|
|
|
|
2 |
1 |
3 |
2 |
5 |
|
|
|
4 |
|
ключения панели
После проведения замеров температуры по толщине слоя стенки панель измерения температур внутри слоя выключают кнопкой 5
(см. рис. 5).
Порядок выполнения работы
Для выполнения работы обучающиеся должны знать теоретические положения данного раздела теплотехники, а также иметь навыки работы на компьютере.
Работу выполняют в следующей последовательности:
1.Ознакомиться с работой экспериментальной установки.
2.Получить у преподавателя вариант задания для выполнения работы (табл.1).
13
3.Подготовить бланки «Протокол эксперимента» (табл.2) и «Результаты обработки данных» (табл.3).
4.Выполнить экспериментальную часть работы:
Запустить программу «Теплопроводность плоской стенки». Полностью развернуть окно программы. На экране компьютера будет изображён вид лабораторного стенда экспериментальной установки
(см. рис. 2).
Задать матер ал стенки и её толщину (толщину второго и третьего слоя установ ть равной 0).
Задать требуемую площадь поверхности стенки.
Установ ть необходимое напряжение в цепи нагревателя (первоначально установить не олее 20% максимального значения напряжен я).
Измеренные значения tw1 и tw2 и температуру по толщине стенки (см. р с. 5) занести в протокол эксперимента (см. табл.2). С целью уменьшен я погрешности измерения температуры tw1 и tw2 должны отл чаться друг от друга не менее чем на 3%, в противном случае требуется увел чить напряжение в цепи нагревателя.
Данные измерений занести в протокол эксперимента
(см. табл.2).
5.Выполнить о ра отку полученных данных. Результаты занести в таблицу «Результаты расчётов» (см. табл.3).
6.Оформить отчёт.
3. Обработка экспериментальных данных
1. Определить плотность теплового потока через плоскую стен-
ку.
Единственным источником теплоты в данном случае является нагревательный элемент.
Тепловой поток, подводимый к стенке от нагревательного эле-
мента, зависит от мощности нагревателя |
вычисляется по формуле |
||
СибАДИ |
|||
Q |
U |
2 |
(13) |
|
, |
||
|
Rн |
|
|
где U – напряжение в цепи нагревателя, В; RН − сопротивление на- |
|||
гревателя, Ом. |
теплового потока q (Вт/м2) через |
||
Следовательно, плотность |
|||
14