Дослідження неусталеного теплового режиму для граничних умов другого роду

Мета: дослідити поле температур в тілі під час нагрівання його зі сталим тепловим навантаженням. Порівняти дослідні дані з розрахунковими.

Відомо, що в разі нагрівання необмеженого циліндра радіусом R зі сталим тепловим навантаженням (q = const) у певний момент часу, який відповідає умові Fo = 0,5, настає регулярний режим п-роду. У цьому випадку поле температур с достатньою для практики точністю описується рівнянням:

t=t₀ + qR(2Fo – 0,25 + ² /2)/ , (12.1)

де – безрозмірний поточний радіус циліндра;

– поточний радіус циліндра;

t₀ – температура циліндра в початковий момент часу.

Обчислення тривалості нагрівання до заданої температури зручно подавати за середньою температурою в перерізі

, (12.4)

де .

Враховуючи (10.4) одержуємо розрахункову форму

, (12.5)

де t_n – початкова температура тіла.

Звідки виходить, що для нагрівання заданим тепловим потоком циліндра радіусом R від початкової температури t_n до кінцевої температури t_k необхідний час складає

. (12.6)

Розв΄язання рівняння (12.1) за умови, що температура центра циліндра нагрівається від початкової температури t₀₁ до певної заданої температури t₀₂, дає формулу для обчислення коефіцієнта температуропровідності, м²/с

. (12.7)

Досліди виконуються на установці, яка описана в попередній роботі. Порядок проведення дослідів такий. Перш за все визначають тривалість інерційного періоду до досягнення регулярного режиму

. (12.8)

Після цього вмикається електронагрівник і установлюється заданий тепловий режим q=сonst, який контролюється електроприладами. Вимірювання температур поверхні t_f і центра t₀ циліндра починають після досягнення регулярного режиму. Інтервал вимірювань наведений в журналі спостережень.

Таблиця 12.1 – Журнал спостережень

Час, τ, хв	Температура, 0С		Різниця температур, 0С		Температуропровідність а, м2/с
	tf	t0	дослідна	розрахункова	дослідна	розрахункова
1 2 3 5 10 15 20 25 30 40

За результатами дослідів будують експериментальні і розрахункові залежності і та визначають їх розбіжність. Коефіцієнт температуропровідності визначають для інтервалів часу, коли температура в центрі тіла t₀ стає рівною температурі t_f на поверхні. Дослідні значення коефіцієнта температуропровідності а за (12.7) порівнюються з дійсними а=λ/(ρс) і визначається їх розбіжність.

Зміст звіту

1. Схема установки.

2. Звітна таблиця.

3. Розрахунок.

4. Графічна інтерпретація результатів.

5. Висновки.

Контрольні запитання

1. Що розуміють під регулярним тепловим режимом?

2. Що розуміють під темпом нагрівання (охолодження)?

3. Що розуміють під параметром нерівномірності температурного поля?

4. Від яких характеристик залежить темп нагрівання для ?

5. Як змінюється температурне поле під час регулярних режимів І і ІІ роду?

6. Що розуміють під коефіцієнтом форми (coefficient of form)?

7. Поясніть суть критерію Фур΄є.