-
Опис дослідної установки
Основа досліду по визначенню коефіцієнта теплопровідності для теплоізоляторів полягає в проходженні теплового потоку послідовно через дві теплоізольовані камери (див. рис.. 2 і рис. 3) розділені між собою металевими (нержавіюча сталь) пластинами.
У залежності від досліду тепловий ізолятор знаходиться в трьох положеннях:
1. Ізолятор звернений у камеру № 1.
2. Ізолятор звернений у камеру № 2.
3. Ізолятор встановлений між металевими пластинами.
Як постійне джерело тепла використовується чавунна плита розміром 30 х 30 см з температурою 100 °С. Нагрівач - електроспіраль, потужністю 1,2 кВт.
Безпосередньо до плити послідовно одна за одною кріпляться дві камери, виготовлені з пінопластового короба, розміром 10 х 10 см з товщиною стінок 2 х 2 см.
Пінополістирольні камери розділені між собою двома металевими пластинами 10 х 10 див. Крайній короб (камера № 1) закритий одною металевою пластиною 10 х 10 см.
Для зменшення теплових втрат, металеві пластини між камерами № 1 і № 2 додатково по торцям заізольовані пінопластовою смугою.
Контактні термопари встановлені в кожній камері, а також на зовнішніх поверхнях кришок камер.
Вимірювання температури повітря в приміщенні, де проводиться дослідження виконуємо на відстані 1,2 м від краю кришки камери № 1.
Рисунок 2. Загальний вигляд установки
Рисунок 3. Теплова камера
Рисунок 4. Принципова схема
-
Фізичний принцип досліду
В установленому тепловому режимі досліду (на протязі трьох годин) проведемо знімання показів термометрів.
Розглянемо камеру № 1.
Рисунок 5. Схематичний вигляд установки.
Якщо відома температура теплоносія (в даному випадку температура повітря в камері № 1), температура навколишнього середовища, товщина і коефіцієнт теплопровідності ізоляційного шару (кришки камери), то теплові втрати складають:
Для спрощення розрахунків і в зв’язку з незначною величиною теплових втрат через пінопластовий корпус камери № 1 – теплові втрати від корпуса не беруться в розрахунок.
Враховуючи, що теплові втрати в камері № 1 не можуть перевищувати суму тепла, яке поступило в камеру від камери № 2 приймаємо теплові втрати в камері № 2 такими, що дорівнюють або є більшими від теплових втрат в камері № 1, тобто:
.
У випадку, якщо теплові втрати в камері № 2 більші ніж в камері № 1, температура повітря в камері № 1 буде зростати і наближатися до температури повітря в камері № 2. В даному випадку температура повітря в камері № 1 є стабільною і меншою від температури повітря в камері № 2.
.
Для камери № 2:
або коефіцієнт теплопровідності ізоляційного шару:
.
(5)
Термічний опір ізоляційної стінки складається з термічного опору перегородки і термічного опору ізоляції:
;
(6)
або коефіцієнт теплопровідності теплоізоляції:
,
(7)
де
|
|
температура зовнішнього повітря |
|
|
температура повітря в камері № 1 |
|
|
температура повітря в камері № 2 |
|
|
температура на поверхні ізоляції |
|
|
температура на поверхні камери № 1 |
|
|
коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія до стінки |
|
|
коефіцієнт тепловіддачі від ізоляції в навколишнє середовище (повітря) |
|
|
товщина ізоляції |
|
|
теплові втрати в камері № 1 |
|
|
теплові втрати в камері № 2 |
|
|
загальна товщина ізоляційної стінки |
|
|
середній коефіцієнт теплопровідності |
Змінюючи місцями перебування теплоізоляції (до, в середині або після перегородки між камерами № 1 і № 2) можна досить точно визначити коефіцієнти тепловіддачі від теплоносія до стінки і від ізоляції в навколишнє середовище.