- •Саратов 2006
- •410054, Саратов, ул. Политехническая, 77
- •1. Основные понятия
- •2. Методика проведения эксперимента
- •3. Описание лабораторного стенда
- •4. Порядок выполнения работы
- •5. Обработка результатов эксперимента
- •6. Содержание и оформление отчета по работе
- •7. Контрольные вопросы
- •8. Требования безопасности труда
- •1. Основные понятия
- •2. Описание лабораторного стенда
- •3. Методика проведения эксперимента
- •4. Обработка результатов эксперимента
- •5. Содержание и оформление отчета по работе
- •6. Контрольные вопросы
- •7. Требования безопасности труда
- •1. Основные понятия
- •2. Описание лабораторного стенда
- •3. Методика проведения эксперимента
- •4. Обработка результатов эксперимента
- •5. Содержание и оформление отчета по работе
- •6. Контрольные вопросы
- •7. Требования безопасности труда
5. Обработка результатов эксперимента
Для экспериментального определения коэффициента температуропроводности используют уравнение (6), а основной величиной, которая определяется в экспериментах, является темп охлаждения .
Значение определяется экспериментально по охлаждению калориметра. Для этого по данным измерений строится график его охлаждения (рис.2), в котором на оси ординат откладывается логарифм избыточной температуры (температурного напора), а на оси абсцисс – время в секундах. График строится в полулогарифмических координатах. Затем на этом графике выделяется линейный участок, характеризующий регулярный режим охлаждения (рис.2).
Значение равно тангенсу угла наклона этой прямой к оси абсцисс (m=tg). Если взять из графика два каких-либо момента времени1и2и соответствующие им логарифмы избыточных температур калориметраlnv1 и lnv2, то темп охлаждения определится из уравнения
. (8)
Коэффициент К вычисляется по уравнению (7). Полученное значение коэффициента температуропроводности должно быть отнесено к средней температуре исследуемого материала при его охлаждении
, (9)
где tж- средняя температура среды в термостате,0С;tш- средняя температура воздуха в шкафу,0С;
Если провести несколько экспериментов при различных температурах, то можно построить график зависимости коэффициента температуропроводности от средней температуры
6. Содержание и оформление отчета по работе
Отчет по выполненной работе должен содержать следующее:
1. Цель работы, основные понятия и формулы;
2. Принципиальную схему установки ;
3. Протокол записи показаний измерительных приборов;
4. График охлаждения калориметра;
5. Обработку результатов эксперимента;
6. Сравнение полученных результатов расчета коэффициента температуропроводности исследуемого материала с литературными данными.
7. Контрольные вопросы
1. Что такое стационарный и нестационарный процесс теплопроводности
2. Какой процесс теплопроводности называется регулярным тепловым режимом.
3. Дать определение темпа охлаждения и назвать факторы, влияющие на него.
4. Что характеризует собой коэффициент температуропроводности и отчего он зависит.
5. Какие теоремы положены в основу экспериментального определения коэффициента температуропроводности.
8. Требования безопасности труда
1. Включение и выключение тока или изменение его величины производится под наблюдением преподавателя.
2. При переносе калориметра из сушильного шкафа в водяной термостат не рекомендуется касаться руками цилиндрической части калориметра во избежание возможного ожога.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
ТЕПЛООТДАЧА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ТРУБЫ
ПРИ СВОБОДНОМ ДВИЖЕНИИ ВОЗДУХА
Ц е л ь р а б о т ы: углубить знания по теории теплоотдачи при свободном движении жидкости (газа) в неограниченном пространстве, изучить методику экспериментального определения коэффициента теплоотдачи при свободном движении теплоносителя и получить навыки в проведении экспериментальных работ и обработке опытных данных.
1. Основные понятия
Свободным называется такое движение, которое возникает вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости (газа). Это движение возникает в том случае, когда температура тела отличается от температуры окружающей среды. По мере нагревания жидкость (газ) становится легче и поднимается вверх, а на ее место поступает более холодная. Теплота, воспринятая жидкостью от поверхности тела, переносится ею в окружающее пространство.
Теплоотдача при свободном движении жидкости (газа) зависит от режима ее движения около теплоотдающей (тепловоспринимающей) поверхности, определяемого температурным напором , то есть разностью температур поверхности телаtсти окружающей средыtж. При малых значенияхtпреобладает ламинарный режим движения, а большим значениямtсоответствует турбулентный режим движения.
На развитие процесса теплообмена при свободном движении жидкости основное влияние оказывает протяженность поверхности, вдоль которой движется жидкость, и ее положение.
Различают теплоотдачу при свободном движении жидкости (газа) в большом объеме и при свободном движении в ограниченном пространстве. Предполагается, что в большом объеме свободное движение, возникающее у других тел, расположенных в этом объеме, не сказывается на рассматриваемом процессе. Если объем жидкости невелик, то свободное движение, возникающее у других тел или частей рассматриваемого тела, расположенных в этом объеме, будет оказывать влияние на рассматриваемое течение. В этом случае объем жидкости (газа) называется ограниченным пространством. Движение в этом случае, как и теплоотдача, зависит от рода жидкости, ее температуры и температурного напора, от формы и размеров ограниченного пространства.
Применительно к процессам конвективного теплообмена распределение температуры и скорости для несжимаемой жидкости с физическими свойствами, независящими от температуры, выражается совокупностью дифференциальных уравнений энергии, движения и сплошности, к которым добавляются условия однозначности (геометрические, физические, начальные и граничные).
Из приведенных дифференциальных уравнений и условий однозначности следует, что коэффициент теплоотдачи является функцией большого числа переменных, и найти эту функцию аналитическим путем в общем виде не представляется возможным. Для расчета теплоотдачи можно использовать теорию подобия, позволяющую вместо размерного уравнения представить коэффициент теплоотдачи в форме зависимостей, состоящих из безразмерных комплексов (уравнения подобия). В уравнениях после приведения их к безразмерному виду появляются числа подобия, которые представляют собой безразмерные комплексы, состоящие из нескольких физических величин, и являются новыми переменными вместо прежних размерных величин. Количественная связь между числами подобия может быть установлена экспериментальным путем.
Согласно теории подобия критериальное уравнение, описывающее конвективный теплообмен при свободном движении жидкости в большом объеме, имеет вид
, (10)
где - число Нуссельта;- число Грасгофа; с – постоянный множитель критериального уравнения;n– показатель степени;- коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);- число Прандтля;- коэффициент объемного расширения газа, 1/град;- коэффициент кинематической вязкости, м2/с; а – коэффициент температуропроводности, м2/с.
Для газов число Прандтля практически величина постоянная, не зависящая от температуры. Поэтому для данной работы, где теплота передается от трубы к воздуху, критериальное уравнение будет связывать два числа подобия
. (11)
Прежде чем изучить методику эксперимента, необходимо усвоить влияние формы, размеров тела, расположение поверхности теплообмена в пространстве и режимов движения на теплоотдачу при свободном движении жидкости.