1.5 Лабораторна робота №4

Експериментальне визначення тривалості нагріву заготівки.

Мета роботи: Експериментальне та теоретичне визначення тривалості нагріву заготівки циліндричної форми при умові, що . Визначення теплового стану і теплофізичних констант при нагріві тіл простої форми.

Тривалість аудиторної роботи – 6 годин.

Теоретична частина.

При розрахунках нагріву металу приходиться визначити не тільки тривалість нагріву і температури металу і печі, але й інші параметри, які характеризують процеси теплового потоку, коефіцієнти тепловіддачі і т.і.

В ціх випадках користуються слідуючими формулами:

(4.1)

де - питомий тепловий потік, ;

- приведений коефіцієнт випромінювання, ;

; ; ;

- середня температура поверхні

(4.2)

де - коефіцієнт тепловіддачі,

Теоретичний час нагріву найпростіших тіл різної форми при умові зрівняння температури по перерізу при може бути визначено по формулі:

(4.3)

де - радіус шару або циліндра,;

- густина матеріалу заготівки, ;

- питома теплоємність матеріалу при середній температурі заготівки, ;

- коефіцієнт форми тіла (для шару , для циліндру );

- середня температура заготівки на початку інтервалу, ;

- середня температура заготівки в кінці інтервалу, ;

Опис установки.

Лабораторна установка складається з камерної електропечі, яка обладнана регулятором температури і трьома термопарами типу ХА. Одна термопара призначена для контролю температури печі, а дві – для вимірювання температури поверхні і середини заготівки. Термопари для замирювання температури заготівки з’єднані з мілівольтметром через перемикач, який дозволяє по черзі вимірювати температуру поверхні та центру заготівки. В комплект установки також входить пристрій, за допомогою якого заготівка, що нагрівається, завантажується в піч.

Заготівка, яка досліджується, має вигляд стального циліндру довжиною 120 мм і діаметром 55 мм. В заготівці є свердлення для закріплення термопари біля поверхні і в центрі.

Експериментальна частина.

1. Ввімкнути піч і встановити заданий температурний режим. Вести спостереження за виходом печі на режим. Під час розігріву печі підготувати заготівку, перевірити справність вмонтованих в неї термопар, самі термопари підключити до мілівольтметру. Після того, як температура печі стабілізується на заданому рівні, в робочій простір з допомогою пристрою ввести заготівку, яка нагрівається.

2. Зразу ж після завантаження заготівки в піч, почати замір температур. Вимірювання температури проводити до тих пір, доки температура поверхні заготівки не зрівняється з температурою центра. Перші 5 вимірювань проводити через хвилину, другі 5 через 2 хвилини, послідуючі - через 5 хвилин.

3. Результати спостережень занести в таблицю №1.

Таблиця №1 – Результати вимірювань температур.

Час з початку досліду, хв	Температура поверхні заготівки, оС	Температура центру заготівки, оС	Різниця температур
0	20	20	0
1
2
3
4
5
7
9
11
...
...
І т.д.

4. По даним таблиці на міліметрівці креслять графіки залежності (див. рис. 4). Одержаний графік розділити на чотири рівні по часу інтервали. Після цього для кожного інтервалу проводять слідуючи розрахунки:

а) визначення питомого теплового потоку.

Розрахунок ведеться по формулі (4.1), при цьому розраховують для кожного інтервалу відповідно з одержаним графіком:

Рисунок 4 – Залежність

б) Визначення коефіцієнта тепловіддачі.

Розрахунок ведеться по формулі (4.2), при цьому використовують відповідні величини та ;

в) Визначення теоретичного часу нагріву за інтервал.

Розрахунок ведеться по формулі (4.3). При розрахунках приймають густину сталі . Теплоємкість сталі залежно від середньої температури тіла за інтервал знаходять по таблиці №2.

Таблиця №2

Температура, оС	0	100	200	300	400	500	600	700
Середня теплоємкість	0,410	0,469	0,481	0,502	0,536	0,569	0,594	0,597

5. Загальнотеоретичний час нагріву визначають по формулі:

По одержаним даним строять графіки:

• 

• 

• 

Зміст роботи.

1. Мета роботи.

2. Опис експериментальної установки.

3. Таблиця №1, та обробка експериментальних даних.

4. Графіки , , , , .

5. Висновки по роботі.

Контрольні запитання.

1. Як змінюється тепловий потік зі зміною температури?

2. Як змінюється коефіцієнт тепловіддачі зі зміною температури?

3. З’ясуйте причину змыни .

2. Розрахункові завдання.