metodich_lab_teplotekh_701_502

19

Таблиця 5

20

Для поширення одержаних результатів на інші подібні процеси необхідно узагальнити розрахункові дані і подати їх у критеріальному вигляді:

методом найменших квадратів (приклад 4) визначають значення коефіцієнтів С, п у залежності (5.6). Нарешті, дослідні точки наносять на графік Nu = f×(Gr×Pr) (у логарифмічному масштабі), і будують залежність Nu = C×(Gr×Pr)n.

Лабораторна робота №6

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ МЕТОДОМ ПЛИТИ (МЕТОД ДВОХ ЗРАЗКІВ)

Мета роботи – ознайомлення з методикою експериментального визначення коефіцієнта теплопровідності ізоляційних матеріалів методом плити та з методикою обробки дослідних даних.

Для круглого диска, товщина якого набагато менша від діаметра, в стаціо-

нарному режимі ¶¶tt = 0 при сталих температурах на поверхнях диска tc1 , tc2 те-

мпературне поле буде одномірним t = f(x). Тепловий потік через диск становитиме:

d – товщина диска.

Під час визначення коефіцієнта теплопровідності методом двох зразків нагрівач кладуть між зразками, які мають форму диска. Зразки виготовлені з ізоляційного матеріалу. Сумарний тепловий потік через два зразки становить:

21

з іншого боку, тепловий потік у стаціонарному режимі дорівнює потужності нагрівача, за винятком втрат у навколишнє середовище через торці:

Із виразів (6.2) та (6.3) маємо

де tc1 , tc3 – температури поверхонь зразків з боку нагрівача; tc2 , tc4 – температури поверхонь зразків з боку холодильників;

lзр – середній коефіцієнт теплопровідності матеріалу зразків при темпера-

турі

Опис установки

Коефіцієнт теплопровідності визначають на експериментальній установці, схема якої показана на рис. 12. Зразки з ізоляційного матеріалу, виготовлені у формі диска діаметром d = 250 мм та товщиною d = 20 мм , стиснені між електронагрівачем 10 та холодильниками 7. Тепловий потік від електронагрівача, проходячи через зразки, передається холодильникам.

Щоб запобігти торцевим втратам теплоти від нагрівача та зразків у навколишнє середовище, використовують азбестову ізоляцію. Тому величиною Qвтр у формулі (6.4) можна знехтувати. Торцеві втрати істотно не впливають на розподіл температур у середній частині зразка. Товщина зразка d<<d. За таких умов розрахункова формула (6.4), одержана для необмеженої плити, може бути використана для даного зразка. Для визначення температур на поверхнях зразків у центрі встановлені мідь-константанові термопари (1-4). Електронагрівач виготовлено з ніхромового дроту діаметром 0,5 мм, закрученого у спіраль. Спіраль вкладена у канавки змійовика керамічного диска. На поверхні диска укладені мідні диски для вирівнювання температурного поля. Умовою правильного визначення коефіцієнта теплопровідності є відсутність повітряних зазорів між поверхнями зразків та поверхнями холодильника і нагрівача. Тому зразки щільно стискають гвинтом між електронагрівачем та холодильниками. Електронагрівач живиться від мережі змінного струму, потужність якого регулюють лабораторним трансформатором 12 і вимірюють ватметром 11.

Охолоджуюча вода надходить у холодильники з водопроводу. Термопари приєднані до перемикача 5. ЕРС термопар вимірюють цифровим вольтметром

4.

22

Рис. 12 - Схема експериментальної установки для визначення коефіцієнта теплопровідності:

1 – пробірка з маслом; 2 – холодиий спай термопар; 3 – ртутний термометр; 4 – вольтметр; 5 – перемикач; 6 – мідні пластини; 7 – холодильники; 8 – ізоляційна оболонка; 9 – зразки з ізоляційного матеріалу; 10 – електронагрівач; 11 – ватметр; 12 – автотрансформатор; 13

– термопари.

Виконання роботи та обробка результатів досліду

Переконавшись, що установка для проведення досліду готова, вмикають систему охолодження, а потім живлення електронагрівачів. Вихід установки на стаціонарний режим контролюють таким чином. За допомогою автотрансформатора встановлюють відповідну напругу на нагрівачі. Вольтметром через кожні три хвилини фіксують покази однієї з термопар, розташованих над нагрівачем. Коли попереднє та подальше вимірювання збігаються, можна вважати, що установка вийшла на стаціонарний режим. Потім вольтметром 4 фіксують покази інших термопар (E1, E2, E3, E4), ватметром 11 вимірюють потужність нагрівача Qнагр і температуру холодного спаю термопар txc ртутним термометром 3. Результати вимірювань заносять до табл. 7.

23