Определение теплопроводности материалов при стационарном режиме. Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Металлургическая теплотехн

-повернуть против часовой стрелки эксцентриковый замок, освободив поводок коромысла (паз замка направлен вверх);

-поднять поводок и отвести на 90° подвижную Г-образную стенку установки;

-поднять коромысло с закрепленной на нем плитой нагревателя;

-чистой ветошью протереть поверхности нагревателя и тепломера,

прилегающие к образцу.

Рис. Общий вид установки ИТП-МГ4

Установить образец в установку и опустить коромысло. Зазор между пли-

той нагревателя и образцом должен составлять от 2 до 5 мм; при необходимо-

сти установить зазор, вращая микрометрический винт.

Поднять поводок и закрыть Г-образную стенку.

Опустить поводок в паз эксцентрикового замка и, повернув его по часо-

вой стрелке, закрепить поводок.

Вращая микрометрический винт по часовой стрелке, выбрать зазоры и

зажать образец до срабатывания трещотки динамометрического устройства.

11

При этом давление на измеряемый образец составляет 2,5 кПа. Погрешность

создаваемого давления не превышает 1,5%.

2.6.Использование прибора при стационарном тепловом режиме

2.6.1.Включить питание электронного блока. На дисплее кратковре-

менно высвечивается тип прибора, после чего дисплей примет вид:

с мигающим режимом «Измерение».

2.6.2. Нажатием кнопки ВВОД активировать режим «Измерение»,

дисплей примет вид:

смигающим значением толщины образца Н=15,0 мм.

2.6.3.Кнопками ↓↑ установить фактическую толщину образца,

например 21,2 мм, и зафиксировать кнопкой ВВОД. Дисплей принимает вид:

с мигающим значением температуры холодильника Тх =15,00С.

2.6.4. Кнопками ↓↑ установить требуемую температуру (в соответ-

ствии с таблицей), например 15,00С, и зафиксировать кнопкой ВВОД. Мигание перемещается на значение температуры нагревателя Тн=35,0°С:

12

Таблица

Рекомендуемые толщина образцов Н и разница температур нагревателя и холодильника Т = Тн-Тх в зависимости от теплопроводности λ испытываемого материала

2.6.5. Установить температуру нагревателя, например 40°С, выпол-

нив операции аналогично п. 2.6.4, после чего дисплей примет вид:

Установите образец

(экран 5)

Нажмите «Пуск»

2.6.6. Выполнить операции по п.п. 2.6.4, 2.6.5 и кратковременно нажать кнопку ПУСК, запустив прибор в работу. На дисплей выводится ин-

формация, например:

13

2.6.7. В дальнейшем, управляя нагревателем и холодильником, про-

граммное устройство прибора устанавливает на поверхностях образца заданные температуры Тн и Тх, и поддерживает их с точностью ± 0,2°С до тех пор, пока тепловой поток, проходящий через измеряемый образец, не стабилизируется.

2.6.8. Дальнейшее наблюдение за тепловым потоком осуществляется автоматически, таймер в нижней строке дисплея отсчитывает время наблюде-

ния – 1800 с, по истечении которого производится автоматическое вычисление значений λ и R и запись результата в архив, о чем свидетельствует звуковой сигнал. Дисплей имеет вид:

2.6.9.Для повторного измерения образца необходимо нажатием кнопки РЕЖИМ перевести прибор в (экран 1) и выполнить операции по п.п.2.6.2-2.6.6. Значения Н, Тх и Тн, установленные ранее, сохраняются в памяти прибора.

2.6.10.В случае неверного ввода значений Н, Тх или Тн, необходимо нажать кнопку РЕЖИМ и повторить ввод (см. п.п.2.6.2-2.6.6).

2.7.Указания мер безопасности

По способу защиты человека от поражения электрическим током прибор соответствует классу ОТ по ГОСТ 12.2.007.0

При работе с прибором необходимо соблюдать действующие правила по технике безопасности при работе с электроустановками.

К работе с прибором допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности при контроле теплопроводности строительных

14

материалов и изделий на предприятиях стройиндустрии, стройках и при обследовании зданий и сооружений.

Перед включением в сеть необходимо надежно заземлить корпус прибора через клемму защитного заземления «┴».

При ремонте прибора не допускать соприкосновения с токонесущими элементами.

Запрещается включать в сеть прибор со снятыми цилиндрами холодильника и нагревателя.

3.Порядок выполнения работы

3.1.Ознакомиться с содержанием разделов 1 и 2, обращая особое внима-

ние на указания мер безопасности, изложенных в п.2.7.

3.2. Получить у преподавателя многослойный образец для исследования,

измерить толщины слоев.

3.3.Подготовить прибор и образец к работе в соответствии с п.2.5.

3.4.Выполнить измерение в соответствии с п.2.6.

Впроцессе проведения измерения необходимо фиксировать значения Тн и Тх с интервалом 5 мин.

Для сокращения времени проведения эксперимента рекомендуется

температуру холодильника установить на 5°С ниже температуры в помещении,

атемпературу нагревателя принять в соответствии с таблицей.

3.5.Зафиксировать условия и результаты измерения.

3.6.Выключить питание установки выключателем «Сеть», отключить установку от сети 220 В, 50 Гц.

3.7.Построить график изменения Тн и Тх.

3.8.Рассчитать теоретическое значение коэффициента теплопроводности по формуле

15

i 1

где i=1…n, n – количество слоев в образце.

Коэффициенты теплопроводности некоторых материалов представлены в приложении 1.

3.9. Сопоставить измеренное и теоретическое значение эффективной теплопроводности исследуемого образца с учетом допускаемой относительной погрешности.

В случае если измеренное значение окажется меньше теоретического, то это расхождение можно объяснить плохим тепловым контактом в местах при-

легания слоев из-за наличия воздушных зазоров. Для таких образцов требуется определить эквивалентную толщину воздушного зазора. Формула (8) примет вид:

λИ – измеренное значение коэффициента теплопроводности, λв – коэффициент теплопроводности воздуха, δв – толщина эквивалентного воздушного зазора.

3.10.Сделать выводы по результатам измерения и расчетов.

4. Содержание отчета

Отчет должен содержать:

-название и цель работы;

-краткое описание метода измерения теплопроводности;

-характеристики образца (материалы и толщины слоев, справочные зна-

чения коэффициентов теплопроводности);

16

-график изменения температуры на поверхностях образца со стороны нагревателя и холодильника (Тн и Тх) за время проведения эксперимента;

-результаты измерения и расчеты;

-выводы по результатам эксперимента.

5.Контрольные вопросы

1.Что такое коэффициент теплопроводности и от чего он зависит?

2.При каких условиях однозначности получено уравнение, используе-

мое для определения теплопроводности в данной работе?

3. Назовите преимущества и недостатки стационарных методов измере-

ния теплопроводности.

4. Назовите преимущества и недостатки нестационарных методов изме-

рения теплопроводности.

5.Дайте общую характеристику используемого метода определения теплопроводности.

6.Какие и с помощью каких приборов проводятся измерения при вы-

полнении работы?

7. Назовите основные причины возможных погрешностей данного экс-

перимента.

17

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Румшинский, Л.З. Математическая обработка результатов экспери-

ментов [Текст] / Л.З. Румшинский. - Москва: Наука, 1971.-192 с.

2.Швыдкий, В.С. Математические методы теплофизики [Текст] учеб-

ник для вузов / В.С. Швыдкий, М.Г. Ладыгичев, В.С. Шаврин. - Москва: Ма-

шиностроение, 2001.-232 с.

3. Арутюнов, В.А. Математическое моделирование тепловой работы печей [Текст] / В.А. Арутюнов, В.В. Бухмистров, С.А. Крупенников. - Москва:

Металлургия, 1990.-238 с.

18

Приложение 1

Коэффициенты теплопроводности и плотность некоторых материалов

19

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ ПРИ СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ

Методические указания к лабораторной работе

по дисциплине «Металлургическая теплотехника»

Составители: Бянкин Иван Григорьевич

Кривцов Алексей Юрьевич

Издательство Липецкого государственного технического университета. Полиграфическое подразделение Издательства ЛГТУ.

398000, Липецк, ул.Московская, 30