|
|
T2 вых |
|
|
1 |
|
4 |
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
T2 вх |
|
|
I |
U |
220V |
T2 вх |
T2 вых |
|
|
5
Рис. 8.1. Структурная схема установки
Моделирование теплового излучения воспроизводит реальный процесс лучеиспускания мультипликационным изображением структурной схемы установки на экране монитора (рис. 8.2 Mmtp 011). Проволока из электропроводящего материала подключена к электрической сети 4, в которой имеется реостат 5 для регулирования тока и напряжения. Температуры воды на входе в резервуар Т2вх и на выходе из него Т2вых измеряются хромелькопелевыми термопарами и выводятся на монитор компьютера.
Рис. 8.2 Схема математического моделирования экспериментальной установки ТП– 0011МТ
Методика расчета
Тепловой поток, выделяемый в проволоке при прохождении по ней электрического тока Q э, равен тепловому потоку при излучении от проволоки к поверхности охлаждающей колбы Q12:
48
∆ |
(8.10) |
R= U/ I = ρ1 ·L1/S1 , |
|
где ρ1– удельное электрическое сопротивление, Ом·м; |
|
L1– длина проволоки, м; |
|
S1=π d12/4 – площадь поперечного сечения проволоки, м2. |
|
F1= π d1 L1 – площадь поверхности проволоки, м2. |
|
Окончательно уравнение теплового баланса имеет вид |
|
I2 ρ1 L1 /S1 = F1[{T1/100}4– {T2/100}4]С1 |
(8.11) |
Искомая величина коэффициента лучеиспускания С1.определяется |
|
С1 = I2 ρ1 L1 /S1 / F1[{T1/100}4– {T2/100}4]. |
(8.12) |
Степень черноты ε1 определяется из уравнения (8.3) |
(8.13) |
ε1=С1/C0 . |
|
Порядок выполнения работы
Убедившись, что все системы наблюдения находятся в исходном положении, можно приступать к исследованию лучистого теплообмена.
Работа выполняется в следующей последовательности:
1.Для ввода программы нажать <Еnter>.
2.Выбрать вид поверхности материала (1 – вольфрам; 2 – графит; 3 – медь;
4– хром; 5 – нихром, 6 – молибден).
3.Выбрав материал, подтвердить клавишей <Y>. Появится схема моделирующей установки с простановкой последующих операций.
4.Нажатием на клавишу <1> включить охлаждение колбы.
5.Нажатием на клавишу <2>, включить нагрев исследуемого материала.
6.Клавишей <3> отрегулировать напряжение.
7.С помощью клавиш <4>,<5>,<6> отрегулировать силу тока, температуру воды на входе и на выходе из калориметра.
8.Изменяя напряжение U с помощью реостата R клавишей <3>, записать показания силы тока I и температуры на входе Т2вх и выходе из
калориметра Т2вых.
9. Данные измерений занести в табл. 8.1.
10.С помощью клавиш <9>, <0> отключить нагрев нити и охлаждение калориметра.
11.С помощью клавиши <Еsc>выйти из программы.
49
|
|
Данные измерений |
|
Т а б л и ц а 8.1 |
|||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Падение |
Сила тока |
Температура |
|
Температура |
|
|
№ ,п/п |
напряжения |
|
|
Примечание |
|||
I, А |
Т2вх, ºC |
|
Т2вых, ºС |
|
|||
|
∆U, В |
|
|
|
|
|
|
1. |
2. |
3. |
4. |
|
5. |
|
6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обработка результатов измерений
Расчет коэффициента излучения (степени черноты) проволоки (исследуемого материала) производится в следующей последовательности:
1.Исходя из результатов измерений для каждого установившегося процесса лучистого теплообменника подсчитывают результирующий поток излучения по формуле (8.9).
2.Определяют удельное электрическое сопротивление исследуемой проволоки по формуле (8.10).
3.В соответствии с выбранным материалом по графику ρ= f{T1} определяют температуру проволоки T1 (рис. 8.3).
4.Находят среднюю температуру оболочки колбы по формуле
Т2 = (T2вх + Т2вых)/2
5.Исходя из формулы (8.12) находят коэффициент излучения С1, исходя из формулы (8.13) – степень черноты ε1 исследуемого материала.
6.Данные расчетов сводятся в табл. 8.2.
7.Строят график зависимости степени черноты ε1 в функции температуры исследуемого материала Т1.
8.Исходя из графической зависимости ε = f(T1) анализируют влияние температуры по степени черноты исследуемого материала. Полученные значения коэффициента излучения материалов сравнивают с табличными данными, приведенными в литературе.
Та б л и ц а 8.2
№ |
Q12, Вт. |
R, Ом. |
ρ1, |
Т1, К. |
Т2, К. |
C1, |
ε1 |
п/п |
Ом·м. |
Вт/(м2К4). |
|||||
1. |
2. |
3. |
4. |
5. |
6. |
7. |
8. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50
p 108Ом м |
нихром |
p 10 8Ом м |
вольфрам |
280 |
|
|
|
|
|
|
27,5 |
|
|
|
260 |
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
240 |
|
|
|
|
|
|
22,5 |
|
|
|
220 |
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
17,5 |
|
|
|
180 |
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
160 |
|
|
|
|
|
|
12,5 |
|
|
|
140 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
120 |
|
|
|
|
|
|
7,5 |
|
|
|
400 |
600 |
800 |
1000 |
1200 |
1400 1600 |
T,K |
400 |
600 |
800 1000 1200 1400 1600 |
T,K |
p 108Ом м |
|
|
хром |
|
|
p 10 8Ом м |
|
молибден |
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
400 |
600 |
800 |
1000 |
1200 |
1400 1600 |
T,K |
5 400 |
600 |
800 1000 1200 1400 1600 |
T,K |
p 108Ом м |
|
|
медь |
|
|
p 10 8Ом м |
|
графит |
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
900 |
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
800 |
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
700 |
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
600 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
500 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
400 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
300 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
400 |
600 |
800 |
1000 |
1200 |
1400 1600 |
T,K |
400 |
600 |
800 1000 1200 1400 1600 |
T,K |
Рис. 8.3 График для определения температуры исследуемой проволоки
Содержание
51
ПРИЛОЖЕНИЕ
Градуировочные таблицы термопары хромель-копель (градуировка ХК)
|
Температура |
|
|
|
ТермоЭДС, мВ, температура, °С |
|
|
|
|||||
|
рабочего |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
|
3 |
4 |
5 |
6 |
|
7 |
8 |
9 |
|
|
конца, °С |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
5 |
6 |
7 |
8 |
|
9 |
10 |
11 |
|
-90 |
-5,146 |
-5,196 |
-5,246 |
|
-5,296 |
-5,346 |
-5,396 |
-5,445 |
|
-5,494 |
-5,543 |
-5,592 |
|
-80 |
-4,634 |
-4,686 |
-4,738 |
|
-4,790 |
-4,841 |
-4,892 |
-4,943 |
|
-4,994 |
-5,045 |
-5,096 |
|
-70 |
-4,106 |
-4,160 |
-4,213 |
|
-4,266 |
-4,319 |
-4,372 |
-4,425 |
|
-4,478 |
-4,530 |
-4,582 |
|
-60 |
-3,562 |
-3,617 |
-3,672 |
|
-3,727 |
-3,782 |
-3,836 |
-3,890 |
|
-3,945 |
-3,999 |
-4,052 |
|
-50 |
-3,003 |
-3,059 |
-3,116 |
|
-3,172 |
-3,228 |
-3,284 |
-3,340 |
|
-3,396 |
-3,451 |
-3,507 |
|
-40 |
-2,429 |
-2,487 |
-2,545 |
|
-2,603 |
-2,660 |
-2,718 |
-2,775 |
|
-2,832 |
-2,889 |
-2,946 |
|
-30 |
-1,841 |
-1,901 |
-1,960 |
|
-2,019 |
-2,078 |
-2,137 |
-2,196 |
|
-2,254 |
-2,313 |
-2,371 |
|
-20 |
-1,240 |
-1,301 |
-1,361 |
|
-1,422 |
-1,482 |
-1,542 |
-1,602 |
|
-1,662 |
-1,722 |
-1,782 |
|
-10 |
-0,626 |
-0,688 |
-0,750 |
|
-0,812 |
-0,873 |
-0,935 |
-0,996 |
|
-1,057 |
-1,118 |
-1,179 |
|
0 |
0 |
-0,063 |
-0,126 |
|
-0,189 |
-0,252 |
-0,315 |
-0,377 |
|
-0,440 |
-0,502 |
-0,564 |
|
0 |
0 |
0,063 |
0,127 |
|
0,190 |
0,254 |
0,318 |
0,381 |
|
0,445 |
0,509 |
0,574 |
|
10 |
0,638 |
0,702 |
0,767 |
|
0,832 |
0,896 |
0,961 |
1,026 |
|
1,091 |
1,157 |
1,222 |
|
20 |
1,287 |
1,353 |
1,418 |
|
1,484 |
1,550 |
1,616 |
1,682 |
|
1,748 |
1,815 |
1,881 |
|
30 |
1,947 |
2,014 |
2,081 |
|
2,148 |
2,214 |
2,282 |
2,349 |
|
2,416 |
2,483 |
2,551 |
|
40 |
2,618 |
2,686 |
2,753 |
|
2,821 |
2,889 |
2,957 |
3,025 |
|
3,094 |
3,162 |
3,260 |
|
50 |
3,299 |
3,367 |
3,436 |
|
3,505 |
3,574 |
3,643 |
3,712 |
|
3,781 |
3,850 |
3,920 |
|
60 |
3,989 |
4,059 |
4,128 |
|
4,198 |
4,268 |
4,338 |
4,408 |
|
4,478 |
4,548 |
4,619 |
|
70 |
4,689 |
4,760 |
4,830 |
|
4,901 |
4,972 |
5,042 |
5,113 |
|
5,184 |
5,255 |
5,327 |
|
80 |
5,398 |
5,469 |
5,541 |
|
5,612 |
5,684 |
5,756 |
5,828 |
|
5,899 |
5,971 |
6,043 |
|
90 |
6,116 |
6,188 |
6,260 |
|
6,333 |
6,405 |
6,478 |
6,550 |
|
6,623 |
6,696 |
6,769 |
|
100 |
6,842 |
6,915 |
6,988 |
|
7,061 |
7,135 |
7,208 |
7,281 |
|
7,355 |
7,429 |
7,502 |
|
110 |
7,576 |
7,650 |
7,724 |
|
7,798 |
7,872 |
7,946 |
8,021 |
|
8,095 |
8,169 |
8,244 |
|
120 |
8,318 |
8,393 |
8,468 |
|
8,543 |
8,618 |
8,693 |
8,768 |
|
8,843 |
8,918 |
8,993 |
|
130 |
9,069 |
9,144 |
9,220 |
|
9,295 |
9,371 |
9,446 |
9,522 |
|
9,598 |
9,674 |
9,750 |
|
140 |
9,826 |
9,902 |
9,979 |
|
10,055 |
10,131 |
10,208 |
10,284 |
|
10,361 |
10,438 |
10,514 |
|
150 |
10,591 |
10,688 |
10,745 |
|
10,822 |
10,899 |
10,976 |
11,054 |
|
11,131 |
11,208 |
11,286 |
|
160 |
11,363 |
11,441 |
11,519 |
|
11,596 |
11,674 |
11,752 |
11,830 |
|
11,908 |
11,986 |
12,064 |
|
170 |
12,142 |
12,221 |
12,299 |
|
12,377 |
12,456 |
12,534 |
12,613 |
|
12,692 |
12,770 |
12,849 |
|
180 |
12,928 |
13,007 |
13,086 |
|
13,165 |
13,244 |
13,323 |
13,403 |
|
13,482 |
13,561 |
13,641 |
|
190 |
13,720 |
13,800 |
13,879 |
|
13,959 |
14,039 |
14,119 |
14,199 |
|
14,278 |
14,359 |
14,439 |
|
200 |
14,65 |
14,73 |
14,81 |
|
14,89 |
14,98 |
15,06 |
15,14 |
|
15,22 |
15,30 |
15,38 |
|
210 |
15,47 |
15,55 |
15,63 |
|
15,71 |
15,79 |
15,88 |
15,96 |
|
16,04 |
16,12 |
16,20 |
|
220 |
16,29 |
16,37 |
16,45 |
|
16,53 |
16,61 |
16,70 |
16,78 |
|
16,86 |
16,94 |
17,02 |
|
230 |
17,11 |
17,19 |
17,29 |
|
17,36 |
17,44 |
17,52 |
17,61 |
|
17,69 |
17,77 |
17,86 |
|
240 |
17,94 |
18,02 |
18,10 |
|
18,18 |
18,27 |
18,35 |
18,43 |
|
18,51 |
18,60 |
18,68 |
|
250 |
18,76 |
18,84 |
18,92 |
|
19,01 |
19,09 |
19,17 |
19,26 |
|
19,34 |
19,42 |
19,51 |
|
260 |
19,59 |
19,67 |
19,75 |
|
19,84 |
19,92 |
20,00 |
20,09 |
|
20,17 |
20,25 |
20,34 |
|
270 |
20,42 |
20,50 |
20,58 |
|
20,66 |
20,74 |
20,83 |
20,91 |
|
20,99 |
21,07 |
21,15 |
|
280 |
21,24 |
21,32 |
21,40 |
|
21,49 |
21,57 |
21,65 |
21,73 |
|
21,82 |
21,90 |
21,98 |
|
290 |
22,07 |
22,15 |
22,23 |
|
22,32 |
22,40 |
22,48 |
22,57 |
|
22,65 |
22,73 |
22,81 |
|
300 |
22,90 |
22,98 |
23,07 |
|
23,15 |
23,23 |
23,32 |
23,40 |
|
23,49 |
23,57 |
23,66 |
|
310 |
23,74 |
23,83 |
23,91 |
|
24,00 |
24,08 |
24,17 |
24,25 |
|
24,34 |
24,42 |
24,51 |
|
320 |
24,59 |
24,68 |
24,76 |
|
24,85 |
24,93 |
25,02 |
25,10 |
|
25,19 |
25,27 |
25,36 |
|
330 |
25,44 |
25,53 |
25,61 |
|
25,70 |
25,78 |
25,86 |
25,95 |
|
26,03 |
26,12 |
26,21 |
|
340 |
26,30 |
26,38 |
26,47 |
|
26,55 |
26,64 |
26,73 |
26,81 |
|
26,90 |
26,98 |
27,07 |
|
52
Окончание приложения
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
350 |
27,15 |
27,24 |
27,32 |
27,41 |
27,49 |
27,58 |
27,66 |
27,75 |
27,83 |
27,92 |
360 |
28,01 |
28,10 |
28,19 |
28,27 |
28,36 |
28,45 |
28,54 |
28,62 |
28,71 |
28,80 |
370 |
28,88 |
28,97 |
29,06 |
29,14 |
29,23 |
29,32 |
29,40 |
29,49 |
29,58 |
29,66 |
380 |
29,75 |
29,83 |
29,92 |
30,00 |
30,09 |
30,17 |
30,26 |
30,34 |
30,43 |
30,52 |
390 |
30,61 |
30,70 |
30,79 |
30,87 |
30,96 |
31,05 |
31,13 |
31,22 |
31,30 |
31,39 |
400 |
31,48 |
31,57 |
31,66 |
31,74 |
31,83 |
31,92 |
32,00 |
32,09 |
32,18 |
32,26 |
410 |
32,34 |
32,43 |
32,52 |
32,60 |
32,69 |
32,78 |
32,86 |
32,95 |
33,04 |
33,13 |
420 |
33,21 |
33,30 |
33,39 |
33,47 |
33,56 |
33,65 |
33,73 |
33,82 |
33,90 |
33,99 |
430 |
34,07 |
34,16 |
34,25 |
34,33 |
34,42 |
34,51 |
34,60 |
34,68 |
34,77 |
34,85 |
440 |
34,94 |
35,03 |
35,12 |
35,20 |
35,29 |
35,38 |
35,46 |
35,55 |
35,64 |
35,72 |
450 |
35,81 |
35,90 |
35,98 |
36,07 |
36,15 |
36,24 |
36,33 |
36,41 |
36,50 |
36,58 |
460 |
36,67 |
36,76 |
36,84 |
36,93 |
37,02 |
37,11 |
37,19 |
37,28 |
37,37 |
37,45 |
470 |
37,54 |
37,63 |
37,71 |
37,80 |
37,89 |
37,98 |
38,06 |
38,15 |
38,24 |
38,32 |
480 |
38,41 |
38,50 |
38,58 |
38,67 |
38,76 |
38,85 |
38,93 |
39,02 |
39,11 |
39,19 |
Содержание
Ли т е р а т у р а
1.Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С., Теплопередача. – М.: Энергия, 1981.
2.Осипова В.А., Экспериментальное исследование процессов теплообмена.
–М: 1969.
3.Авчухов В.В., Паюсте Б.Я., Задачник по процессам тепломассобмена. – М.: Энергоатомиздат, 1986.
4.Лабораторный практикум по термодинамике и теплопередаче. / Под ред. Крутова В.И., Шишова Е.В., – М: Высшая школа, 1988.
5.Камке Д., Крамер К., Физические основы единиц измерения. – М: 1980.
6.Осипова В. А., Экспериментальное исследование процессов теплообмена
–М: 1969.
7.Краснощеков Е.А., Сукомел А.С., Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1981.
8.Теория теплоомассобмена. Исаев С.Н., Кожинов И.А., Кофанов В.И. и др.; / Под ред. Леонтьева А.И., – М: Высшая школа, 1997.
Содержание
53
С о д е р ж а н и е
Введение Лабораторная работа ТП – 001 Определение коэффициента теплопроводности
плоского слоя методом математического моделирования Лабораторная работа ТП – 0002 Изучение работы рекуперативного теплообменника методом математического моделирования Лабораторная работа ТП – 003 Изучение естественной конвекции около горизонтального цилиндра при моделировании процесса теплоотдачи Лабораторная работа ТП – 004 Исследование естественной конвекции у
нагретой вертикальной стенки методом математического моделирования Лабораторная работа ТП – 005 Теплоотдача при вынужденном движении воздуха в трубе Лабораторная работа ТП – 006 Теплоотдача при вынужденном поперечном обтекании одиночной трубы
Лабораторная работа ТП – 007 Теплоотдача при кипении воды в большом объеме Лабораторная работа ТП – 008 Определение коэффициента излучения
электропроводящих материалов методом математического моделирования Приложение Литература
54