Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Российский государственный университет
нефти и газа им. И.М. Губкина
С.М. Купцов
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННых МАТЕРИАЛов МЕТОДОМ трубы»
Москва 2005
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Российский государственный университет
нефти и газа им. И.М. Губкина
________________________________________________________________
Кафедра термодинамики и тепловых двигателей
С.М. Купцов
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННых МАТЕРИАЛов МЕТОДОМ трубы»
Методические указания к лабораторной работе по курсам «Термодинамика» и «Теплотехника»
для подготовки бакалавров, дипломированных специалистов и магистров по направлению 130500 «Нефтегазовое дело» и специальностям: 150205, 151001, 151202, 240401, 240403, 280201.
Под редакцией проф. Б. П. Поршакова
Москва 2005
УДК 536.24
Купцов С.М. «Определение коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов методом трубы»: Методические указания к лабораторной работе по курсам «Термодинамика» и «Теплотехника». – М.: РГУ нефти и газа, 2005. – 21 с.
Излагаются теоретические основы передачи теплоты теплопроводностью. Даны справочные значения коэффициентов теплопроводности некоторых веществ и материалов.
Представлена схема лабораторной установки для определения коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов. Изложена методика проведения лабораторной работы и обработки опытных данных.
Для контроля знаний студентов предложены вопросы.
Рецензент – проф., к.т.н. К. Х. Шотиди
© Российский Государственный Университет нефти и газа
им. И.М. Губкина, 2005
Цель лабораторной работы: изучение стационарной теплопроводности.
Содержание лабораторной работы: экспериментальное определение коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала и выявление его температурной зависимости.
Теоретическая часть
Самопроизвольный необратимый процесс передачи теплоты в пространстве с неоднородным распределением температуры называется теплообменом. Теория теплообмена или теплопередача – это наука, изучающая процессы и законы передачи теплоты. Перенос теплоты представляет собой процесс обмена внутренней энергией между рассматриваемыми элементами и системами тел. Теплообмен между телами возможен лишь при наличии разности температур между ними.
Температурное поле
В общем случае процесс передачи теплоты
сопровождается изменением температуры
как, в пространстве, так и во времени.
Совокупность значений температуры t
для всех точек пространства в данный
момент времени
,
называется температурным полем
t = f(x,y,z,). (1)
Уравнение (1) является математическим выражением температурного поля. Различают стационарное и нестационарное температурные поля.
Стационарное температурное поле характеризуется постоянством температуры во времени, в противном случае температурное поле называется нестационарным.
Температура в пространстве может изменяться по трем, двум и одной координатам. Соответственно, температурное поле называется трех-, двух и одномерным.
Простейшее одномерное стационарное температурное поле имеет вид:
.
(2)
Температурный градиент
Изотермической поверхностью называется геометрическое место точек, имеющих одинаковую температуру. Так как в одной точке тела одновременно не может быть двух различных значений температуры, изотермические поверхности не пересекаются, они или замыкаются внутри тела либо обрываются на его границах.
При пересечении изотермических поверхностей плоскостью получаются изотермы − линии постоянной температуры. Наибольшее изменение температуры на единицу длины наблюдается в направлении нормали n к изотермической поверхности (рис 1). Возрастание температуры в направлении к изотермической поверхности характеризуется градиентом температур.
Рис 1. Температурный градиент
Температурный градиент есть
вектор, направленный по нормали к
изотермической поверхности в сторону
возрастания температуры и численно
равный пределу отношения изменения
температуры
к расстоянию между изотермами по нормали
,
К/м. (3)
Количество теплоты Qτ, проходящее в единицу времени через изотермическую поверхность, называется тепловым потоком Q (Вт). Тепловой поток, проходящий через единицу площади изотермической поверхности, называется плотностью теплового потока
,
Вт/м2.
(4)
Передача теплоты осуществляется различными способами. Различают три основных формы: теплопроводность, конвективный теплообмен и лучистый теплообмен.
Теплопроводность – процесс передачи теплоты при непосредственном соприкосновении различных тел или отдельных частиц тела, имеющих разные температуры.
Конвекция – процесс передачи теплоты при перемещении объемов жидкости или газа в пространстве из области с одной температурой в область с другой. При этом перенос энергии неразрывно связан с перемещением самой среды.
Тепловое излучение – это процесс передачи энергии путем электромагнитных волн. Теплообмен излучением представляет процесс последовательного превращения внутренней энергии одного тела в энергию излучения, распространения ее в пространстве и превращения энергии излучения во внутреннюю энергию другого тела.
В природе и технике элементарные процессы передачи теплоты – теплопроводность, конвекция и тепловое излучение – очень часто происходят совместно.