2. Описание лабораторного стенда
Определение коэффициента теплопроводности проводится на лабораторной установке, основанной на методе имитационного моделирования реальных физических процессов. Установка состоит из ПЭВМ, связанной с макетом рабочего участка, который отображается на экране монитора. Рабочий участок создан по аналогии с реальным, и его схема представлена на рис. 2.
Рис. 2. Схема рабочего участка установки: 1 … 7 – температурные датчики;
8 – реостат; 9 – вольтметр; 10 – нагреватель; 11 – холодильник; 12 – фторопластовые образцы; 13 – теплоизолирующий кожух; 14 – милливольтметр; 15 – переключатель температурных датчиков
Рабочий участок состоит из 2-х фторопластовых образцов 12, выполненных в форме дисков толщиной = 5 мм и диаметром d = 140 мм. Образцы помещены между нагревателем 10 высотой h = 12 мм и диаметром dн = 146 мм и холодильником 11, охлаждаемым водой. Создание теплового потока осуществляется нагревательным элементом с электрическим сопротивлением R = 41 Ом и холодильником 11 со спиральными канавками для направленной циркуляции охлаждающей воды. Таким образом, тепловой поток, проходящий через исследуемые фторопластовые образцы, уносится протекающей через холодильник водой. Часть теплоты от нагревателя уходит через торцевые поверхности в окружающую среду, поэтому для уменьшения этих радиальных потерь предусмотрен теплоизоляционный кожух 13, выполненный из асбоцемента (к = 0,08 Вт/(мград)). Кожух высотой hк = 22 мм выполнен в виде полого цилиндра с внутренним диаметром dн = 146 мм и внешним диаметром dк = 190 мм. Температура измеряется с помощью семи хромель-копелевых термопар (тип ХК) 1…7, установленных в различных точках рабочего участка. Переключатель температурных датчиков 15 позволяет последовательно измерять термо-ЭДС всех семи температурных датчиков. Термопара 7 установлена на внешней поверхности теплоизоляционного кожуха для определения тепловых утечек через него.
3. Порядок проведения работы
3.1. Выбирается температурный режим работы установки посредством задания температуры горячей поверхности пластин Tг в пределах от 35 С до 120 С.
3.2. На пульте установки последовательно включаются тумблеры питания индикаторных приборов, регистрирующих напряжение на электронагревателе U, термо-ЭДС температурных датчиков E и тумблер включения нагрева.
3.3. Плавно вращая ручку реостата, устанавливают нужное напряжение на нагревателе. Реостат выполнен в шаговом варианте, поэтому напряжение изменяется ступенчато. Напряжение U и температура Tг должны находиться в соответствии друг другу согласно зависимости, представленной на рис. 3.
Рис. 3. Рабочая зона нагрева
3.4. Путем последовательного опроса датчиков температуры с помощью переключателя 15 определяются значения термо-ЭДС семи термопар, которые вместе со значением U заносятся в протокол эксперимента (табл. 1). Регистрация показаний производится по индикаторным приборам на пульте управления, показания которых дублируются на мониторе ПЭВМ.
3.5. По окончании опыта все регулирующие органы установки переводятся в исходное положение.
3.6. Проводятся повторные опыты (всего их количество должно быть не менее 3-х) и при других значениях Tг в порядке, предусмотренном п.п. 3.1…3.5.