Лабораторная работа № 7

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ПРИ ПОСТОЯННОЙ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКЕ НА ПОВЕРХНОСТЬ ОБРАЗЦОВ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Знакомство с особенностями нагрева тел цилиндрической формы, с методикой постановки и проведения экспериментальных исследований при граничных условиях II рода, с методикой расчета параметров поля температур; получение навыков в применении статических методов об­работки экспериментальных исследований на ЭВМ.

2. ЗАДАНИЕ.

Исследовать поле температур цилиндрического образца при нагре­ве с постоянной тепловой нагрузкой.

Обработать экспериментальные данные и сравнить их с расчетными.

Составить отчет и защитить его.

3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

При нагреве бесконечного цилиндра постоянной тепловой нагруз­кой, начиная с некоторого момента времени, соответствующего Fо = 0,5 (см. работу № 6) наступает регулярный режим II рода. В этом случае поле температур определяется с достаточной степенью точности уравнением

(1)

где

Дифференцируя по t уравнение (1), получаем

(2)

где константа

Таким образом, для обеспечения нагрева цилиндра при q = const необ­ходимо выполнить условие C_Н = const в соответствии с (2).

Уравнение (1) дает возможность рассчитать температуры

- поверхности t_пов при r = R;

- оси t_ц при r = 0;

- (3)

Продолжительность инерционного периода для цилиндра определя­ется условием достижения регулярного теплового состояния

(4)

Расчет времени нагрева до заданной температуры удобно вести по средней по сечению температуре

(5)

Подставляя в (5) соотношения (3) можно получить простое расчетное уравнение

(6)

Откуда следует, что для нагрева от t₀ до цилиндра радиусом R, с характеристиками rc, удельным тепловым потоком q необходимо время

(7)

Аналогично проводятся расчеты для пластины, шара и других гео­метрических форм.

4. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.

Экспериментальная установка (рисунок 7.1.) включает электрическую нагревательную печь 1, емкость 2 заполненную водой, цилиндрический образец 3 с двумя хромель-копелевыми термопарами 4 и 5, измеряющими температуры поверхности и оси образца. Термопары подключены к изме­рительному прибору 6, через переключатель 7. Материал образца эбо­нит. Его геометрические размеры: длина образца 150 мм, диаметр - 42 мм, расстояние между спаями термопар - 20 мм.

5. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ.

После ознакомления с инструкцией и подготовки журнала наблюде­ний получить от преподавателя разрешение на проведение эксперимен­тальной части.

Поместить опытный образец в сосуд с водой и включить электро­печь (рисунок 7.1.).

Измерение температуры производить через интервал, установленный на самописце, до достижения перепада между центром и периферией Dt=5 ⁰С .

Рассчитать теоретический перепад температур по сечению.