6 семестр лабы (Зимина, Малахов) / ЛАБ 1 19-СУ

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА

Кафедра «Энергетические установки и тепловые двигатели»

Дисциплина «Теплопередача»

Отчет по лабораторной работе №1

Определение коэффициента теплопроводности сыпучих материалов методом трубы

Выполнил: студент гр. 19-СУ

Проверил: Зимина Т. Н.

Нижний Новгород

2022

Цель работы:

1. Изучение процесса теплопроводности.

2. Усвоение методики экспериментального определения коэффициента теплопроводности твёрдых тел.

3. Получение навыков в проведении эксперимента.

Задание:

1. Определить коэффициент теплопроводности исследуемого материала (вид материала указан на установке).

2. По опытным данным установить зависимость коэффициента теплопроводности от температуры материала.

3. Сравнить полученные результаты опыта с литературными данными.

4. Составить отчёт по выполненной работе.

Методика определения коэффициента теплопроводности:

Метод трубы (неограниченного цилиндрического слоя) основан на законе теплопроводности цилиндрической стенки при стационарном режиме. В этом случае исследуемому материалу придают форму цилиндрического полого слоя – трубы (рис. 1.1). Внутренняя и наружная поверхности поддерживаются при постоянных температурах t₁и t₂, причем t₁>t₂. В этом случае температура изменяется только в направлении радиусами температурное поле будет одномерным t=f(r), а изотермические поверхности - цилиндрическими, имеющими общую ось.

Рис. 1.1. Теплопроводность цилиндрической стенки.

При стационарном режиме тепловой поток Q, Вт, проходящий через цилиндрический слой (стенку) однородного материала с постоянным коэффициентом теплопроводности, определяется по следующей формуле, которая выводится на основе закона Фурье:

(1.1)

Здесь λ — коэффициент теплопроводности материала, ВТ/(м∙К);

l— длина цилиндрического слоя, м;

d₁, d₂— внутренний и наружный диаметры цилиндрического слоя, м;

t₁,t₂— температуры внутренней и наружной поверхностей цилиндрического слоя, °С;

выражение  называется термическим сопротивлением цилиндрической стенки (слоя).

Как видно из формулы (1.1), изменение температуры по толщине однородной цилиндрической стенки при постоянной величине λ выражается логарифмической кривой (рис. 1.1).

В случае линейной зависимости коэффициента теплопроводности λ от температуры t значение λ в формуле(1.1) соответствует средней температуре из граничных температур слоя  .

Если измерить при опыте тепловой поток Q и температуры t₁иt₂, то, зная длину l и диаметры d₁и d₂цилиндрического слоя исследуемого материала, из формулы (1.1) можно определить значение коэффициента теплопроводности:

Схема установки:

1, 2, 3, 4, 5, 6 – термопары

7 – материал

8 – наружная труба

9 – внутренняя труба

10 – теплоизоляционные пробки

11 – электрический нагреватель

12 – вольтметр

13 – амперметр

14 – автотрансформатор

15 – потенциометр

16 – двухполюсный переключатель

17 – лед

Рис. 1.2. Схема опытной установки для определения коэффициента теплопроводности методом трубы.

Таблица замеров:

№ опыта	№ замера	ЭДС термопар, мВ			Расчётная температура t1	ЭДС термопар, мВ			Расчётная температура t2	Сила тока J, А	Падение напряжения U, В	Мощность нагревателя W, Вт
		1	2	3		4	5	6
Первый опыт	1	5,4	5,4	5,4	127	2,7	2,7	2,8	68	1,75	30	52,5
	2	5,4	5,4	5,4		2,7	2,7	2,8
	3	5,4	5,4	5,4		2,7	2,7	2,8
	4	5,4	5,4	5,4		2,7	2,7	2,8
	Ср. знач.	5,4				2,7
Второй опыт	1	8,9	8,9	8,9	200	4,4	4,4	4,5	100	2,3	41	96
	2	8,9	8,9	8,9		4,4	4,4	4,5
	3	8,9	8,9	8,9		4,4	4,4	4,5
	4	8,9	8,9	8,9		4,4	4,4	4,5
	Ср. знач.	8,9				4,4

Обработка результатов опытов:

Здесь λ — коэффициент теплопроводности исследуемого материала, ВТ/(м∙К);

l— длина расчетного участка цилиндрического слоя, м;

d₁, d₂— внутренний и наружный диаметры цилиндрического слоя, м;

t₁,t₂— температуры внутренней и наружной поверхностей цилиндрического слоя, °С;

ЗдесьW– мощность, потребляемая нагревателем на расчетном участке, Вт;

I– сила тока в нагревателе, А;

– падение напряжения на расчетной длине нагревателя, В.

Средняя температура слоя вычисляется по следующей формуле:

1-й опыт:

2-й опыт:

График зависимости для исследуемого материала:

коэф. теплопроводности зависит от температуры