Обработка результатов экспериментального исследования
Значения коэффициентов теплопроводности теплоизоляционного материала определяется экспериментально при различных температурах. Проводится не менее трех опытов. После этого находится зависимость значений от температуры.
При проведении эксперимента задаются значениями напряжения и силы тока в электронагревателе.
Пример данных эксперимента приведен в табл. 3.
Таблица 3
Опытные данные по исследованию коэффициента теплопроводности
Исследуемый материал – совелит.
№№пп |
Измеряемая величина |
№ опыта |
|||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|||
1 |
Сила тока I, А |
0,33 |
0,41 |
0,52 |
0,64 |
0,84 |
|
2 |
Напряжение U, В |
50 |
63 |
81 |
102 |
138 |
|
3 |
Температура на по- верхности изоляции |
внутри tс1, оС |
49,4 |
63,7 |
84,9 |
111,9 |
161,1 |
4 |
снаружи tс2, оС |
30,3 |
35,1 |
43,0 |
53,3 |
73,0 |
|
Последовательность обработки опытных данных и расчет значения коэффициента теплопроводности λ приводится для данных второго опыта. Тепловой поток, передаваемый теплопроводностью через слой совелита, определяется по закону Джоуля-Ленца:
Q = U∙I = 63∙0,41 = 25,83 Вт. (24)
Средняя температура слоя совелита:
t =
=
=
49,4 оС.
(25)
Коэффициент теплопроводности совелита при средней температуре:
λоп =
=
= 0,132 Вт/(м.К).
(26)
Теоретическое значение коэффициента теплопроводности совелита при температуре t = 49,4 оС:
т = 0,09 + 8710-549,4 = 0,133 Вт/(м.К). (27)
Относительное расхождение опытного и расчетного значений коэффициентов теплопроводности составляет:
= 0,75 % . (28)
Аналогичный расчет проводится и по другим опытам.
Результаты расчетов должны быть представлены в табл. 4.
Таблица 4
Опытные данные по исследованию коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала
Исследуемый материал – совелит.
№№пп |
Параметр |
№ опыта |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
1 |
Внутренний слоя изоляции d1, мм |
20 |
||||
2 |
Наружный слоя изоляции d2, мм |
50 |
||||
3 |
Тепловой поток Q, Вт |
16,5 |
25,83 |
42,12 |
65,28 |
115,9 |
4 |
Средняя температура слоя изоляции t, оС |
39,9 |
49,4 |
64,0 |
82,6 |
117,1 |
5 |
Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м.К |
0,126 |
0,132 |
0,147 |
0,163 |
0,192 |
6 |
Температурный коэффициент b, Вт/(м.оС2) |
0,00084 |
||||
По результатам расчетов строится в масштабе график зависимости коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала от средней температуры. Графически, или с использованием математических методов определяется коэффициент b, характеризующий влияние температуры на теплопроводность материала. При обработке опытных данных следует использовать линейную зависимость (7).
Как видно из данных табл. 4 и рис. 3, полученные значения коэффициента теплопроводности совелита хорошо согласуются с теоретическими значениями. В исследуемом диапазоне температур наблюдается увеличение значений коэффициента теплопроводности совелита.
Рис. 4. Температурная зависимость коэффициента теплопроводности совелита
Увеличение численных значений коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов с ростом температуры объясняется повышением значений коэффициента теплопроводности воздуха, заполняющего поровое пространство.