1.3. Лабораторна робота №2

Теплопередача теплопровідністю крізь багатошарову циліндричну стінку при стаціонарному тепловому режимі.

Мета роботи – ознайомитись з методикою розрахунку теплопередачі теплопровідністю по експериментальним даним.

Тривалість аудиторної роботи – 2 години.

Теоретична частина.

Теплопровідність передача теплоти від одних частин тіла до других, яка обумовлена різницею температур, без замітного переміщення часток. З фізичної точки зору – це передача кінетичної енергії одних молекул іншим. Передача теплоти теплопровідністю найбільш характерно здійснюється в гомогенних твердих непрозорих тілах.

Теплопередача теплопровідністю крізь циліндричну стінку визначається рівнянням:

(2.1)

де l - довжина циліндричної частини, м;

- температура поверхні відповідно внутрішнього і зовнішнього, ^оС;

- коефіцієнт теплопровідності, ;

- радіуси циліндра відповідно внутрішній і зовнішній, м.

Знаючи Q, з допомогою рівняння (2.1) можна визначити температуру стінки на любій відстані від осі циліндра:

(2.2)

При теплопередачі крізь багатошарову циліндричну стінку користуються рівнянням:

(2.3)

де - Температура відповідно внутрішнього і зовнішнього шарів кладки,^оС;

- внутрішній радіус шару, м;

- зовнішній радіус шару, м.

Опис установки.

Робота виконується на електричній печі опору з дротовим нагрівальним елементом (піч №3). Футеровка печі складається з трьох шарів (рис 2): шамоту, азбесту і хромомагнезиту. В футеровку печі вмонтовані термопари типу ХА, які з’єднані з перемикачем на приладовому щиті МПЩПр-54М.

Рисунок 2 - Ескіз футеровки печі.

1 – хромомагнезит; 2 – азбест; 3 - шамот

Експериментальна частина.

3. Розігріти піч до стаціонарного теплового режиму, для чого вимірювати температури внутрішніх та зовнішніх шарів з інтервалом 10 хв.. Коли на протязі цього періоду температура змінюватись не буде, режим рахують стаціонарним.

4. Виміряти температури шарів вмонтованими в футеровку термопарами:

   1. зовнішня температура шару шамоту;

   2. зовнішня температура шару азбесту;

   3. зовнішня температура шару магнезиту;

   4. внутрішня температура шару шамоту.

5. Розрахувати тепловий потік крізь багатошарову циліндричну стінку. Розрахунок виконується по рівнянню (2.3).

Результати розрахунків занести в таблицю 1.

Таблиця 1 – розрахунок теплового потоку.

Шар стінки
Шамот
Азбест
Хромомагнезит

Значення теплопровідності по рівнянням, :

Для шамоту ;

Для хромомагнезиту ;

Для азбесту .

Вихідні дані та результати розрахунків занести в табл.. 1.

По вказівці викладача розрахунки перевіряють з використанням ЕОМ за програмою “L2”.

Виконання розрахунків на ЕОМ.

Для виконання розрахунку теплопередачі на ЕОМ необхідно присвоїти змінним слідуючи значення:

Внутрішній радіус циліндричної стінки R₁, м;

Товщина шару шамоту В, м;

Товщина шару азбесту С, м;

Товщина шару хромомагнезиту Д, м;

Зовнішня температура шару шамоту Т₁,^оС;

Зовнішня температура шару азбесту Т₂, ^оС;

Зовнішня температура шару хромомагнезиту Т₃, ^оС;

Внутрішня температура шару шамоту Т₄, ^оС;

Височина циліндричної частини печі L, м.

Зміст звіту

1. Мета роботи.

2. Схема та опис експериментальної установки.

3. Обробка експериментальних даних.

4. Результати розрахунку на ЕОМ (за вказівкою викладача).

5. Висновки про роботу.