Лабораторная работа №1


НазваниеЛабораторная работа №1
страница6/8
Дата публикации16.03.2013
Размер0.84 Mb.
ТипЛабораторная работа
referatdb.ru > Математика > Лабораторная работа
1   2   3   4   5   6   7   8

^ Контрольные вопросы
1. Основные параметры, определяющие состояние влажного воздуха.

2. Дайте определение абсолютной и относительной влажности воздуха.

3. Расшифруйте термин "влагосодержание" влажного воздуха и укажите его единицу.

4. Имея di-диаграмму, изобразите на ней процессы нагрева, сушки и охлаждения влажного воздуха.

5. Как определяется парциальное давление пара?
Лабораторная работа № 4
Исследование теплопроводности материалов
методами шарового и цилиндрического слоя

^ Цель работы. Ознакомление с методикой экспериментального определения теплопроводности материалов шаровой и цилиндрической формы и углубление знаний по теплопроводности.
^ Вводная часть
Теория теплообменанаука о законах распространения (переноса) тепла (хаотического движения – ХД) в пространстве. При этом следует различать три категории:

– свойство материи (объективную реальность) – тепловое (хаотическое) движение, или тепло, которое переносится в пространстве;

физическую величину (предмет из мира идей), которая не может переноситься в пространстве, – количество тепла (количество переданного хаотического движения), или теплоту Q;

процесс переноса тепла (ХД) – теплообмен.

Элементарные способы переноса тепла (ХД). Обмен хаотическим движением между двумя телами может происходить как путём непосредственного соударения молекул этих тел при их соприкосновении, так и за счёт молекул теплоносителя, перемещающегося между телами, а также с помощью электронов и частиц электромагнитных полей, т. е. для передачи движения необходимо иметь частицы – материальные носители движения.

В зависимости от вида частиц – носителей движения – и особенностей их перемещения в пространстве различают три элементарных способа переноса тепла (ХД): теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение.

Теплопроводность – способ переноса тепла (ХД) в однородной среде частицами этой среды без результирующего переноса вещества в направлении переноса тепла. Теплопроводность в подвижной среде обусловлена движением молекул этой среды, в электропроводных телах – электронами, в диэлектриках – фононами1.

В чистом виде теплопроводность имеет место в твёрдых телах и неподвижных слоях жидкости и газа.

Конвекция2 – способ переноса тепла (ХД) в подвижной среде за счёт макроскопического переноса этой среды из области с одной температурой в область с другой температурой. Конвекция имеет место в движущихся средах (жидкостях, газах, сыпучих средах, плазме).

^ Тепловое излучение – способ переноса тепла (ХД) с помощью электромагнитных волн, возбуждаемых молекулами горячего тела и поглощаемых молекулами холодного тела. В чистом виде теплообмен излучением имеет место в вакууме (космосе).

^ Совместные способы переноса тепла. Разделение на элементарные способы переноса тепла (теплопроводность, конвекцию и излучение) производится в основном из методологических соображений. В действительности же перенос тепла зачастую осуществляется сразу несколькими способами

Совместный перенос тепла конвекцией и теплопроводностью называется конвективным способом переноса тепла (конвективным теплообменом).

Совместный перенос тепла излучением и теплопроводностью называется радиационно-кондуктивным способом переноса тепла (радиационно-кондуктивным теплообменом).

Совместный перенос тепла всеми тремя способами (теплопроводностью, конвекцией и излучением) называется сложным, или радиационно-конвективным способом переноса тепла (сложным теплообменом). Примером сложного теплообмена является теплообмен между движущимся многоатомным газом и стенкой, жидким металлом и стенкой.

^ Тепловым потоком, или потоком теплоты называется отношение элементарной теплоты δQ, характеризующей порцию движения переданного в ХФ через какую-либо поверхность системы, к элементарному промежутку времени dt (Вт)

. [Ф] = [Q] / [t] = 1 Дж/с = 1 Вт.

Тепловой поток численно равен количеству тепла, проходящего через нормально расположенную поверхность в единицу времени.

^ Поверхностная плотность теплового потока, или плотность теплового потока – отношение теплового потока к площади поверхности, расположенной перпендикулярно направлению теплового потока, (Вт 2)

.

Поверхностная плотность теплового потока численно равна тепловому потоку, равномерно распределённому на поверхности единичной площади.

Вектор, указывающий направление наибольшего изменения температуры в пространстве и численно равный частной производной от температуры в направлении нормали, называется градиентом температуры1

.

Согласно закону Фурье (1807) вектор плотности теплового потока пропорционален градиенту температуры и противоположно ему направлен

. (1)

Таким образом, векторы и qradT лежат на одной прямой, но направлены в противоположные стороны. Это объясняет наличие знака минус в уравнении (1).

Плотность теплового потока (модуль вектора)

, (2)

где λ – теплопроводность – физическая величина, характеризующая теплопроводящие свойства вещества, Вт/(м2.К); зависит от агрегатного состояния вещества (таблица 1), его атомно-молекулярного строения, температуры и давления, состава (в случае смеси и раствора) и т. д.;

– единичный вектор, нормальный к изотермической поверхности и направленный в сторону возрастания температуры;

– производная от температуры по направлению нормали .

На основании закона Фурье (2) выводятся зависимости для расчёта тепловых потоков через:

– плоскую стенку ; (3)

– цилиндрическую стенку

; (4)

– шаровую стенку

, (5)

где T1 и T2 – температуры горячей и холодной поверхностей стенки, К;

– толщина стенки, м;

^ A – площадь стенки, м2;

d1 и d2 – внутренний и наружный диаметры цилиндрической и шаровой стенок, м;

– теплопроводность материала стенки, Вт/(м.К).
Таблица 1 – Значения теплопроводности для некоторых газов,
жидкостей и твёрдых тел при атмосферном давлении


Вещество

, оС

, Вт/(м.К)

Вещество

, оС

, Вт/(м.К)

Газы

Жидкости

Водород

0

0,1655

Ртуть

0

7,82

Гелий

0

0,1411

Вода

20

0,599

Кислород

0

0,0239

Ацетон

16

0,190

Воздух

4

0,0266

Бензол

22,5

0,158

Металлы

Минералы и материалы

Серебро

0

429

Хлорид натрия

0

6,9

Медь

0

403

Стекло

18

0,4…1,0

Золото

0

311

Дерево

18

0,16…0,25

Алюминий

0

202

Асбест

18

0,12

Железо

0

86,5

Песок

0…160

0,30…0,48

Олово

0

68,2

Текстолит

20

0,23…0,34

Свинец

0

35,6

Ламповая сажа

40

0,07…0,12



^ Методика опытного определения теплопроводности материала
В работе определяется теплопроводность сыпучего материала методами шарового и цилиндрического слоя. Сущность метода состоит в том, что сыпучий материал засыпают в пространство между двумя соосными шарами или трубами. Во внутреннем шаре и цилиндрической трубе располагаются электронагреватели. Для уменьшения тепловых потерь через торцы трубы, они дополнительно теплоизолируются. Для создания одномерного теплового потока через слой исследуемого материала длина трубы должна в 30 раз превышать её диаметр.

Если пренебречь тепловыми потерями через торцы трубы, то тепловой поток Ф, Вт, проходящий через слой исследуемого материала, может быть найден непосредственно путём измерения мощности Р, потребляемой электронагревателем и замеряемой ваттметром: Ф = Р.

Теплопроводность исследуемых материалов находится из уравнений (4) и (5):

– для трубы ; (6)
– для шара , (7)

где и – средние арифметические температуры внутренней и наружной поверхностей шарового и цилиндрического слоёв, оС.
^ Определение теплопроводности
материала методом шарового слоя

Описание лабораторной установки
В экспериментальной установке для определения теплопроводности по методу шара (рисунок1) исследуемый материал ^ 1 в виде шарового слоя расположен между двумя шаровыми стенками 2 и 3 из стали. Внутренний диаметр шарового слоя d1 = 70 мм, а наружный диаметр d2 = 100 мм. Толщина слоя составляет 15 мм.

М
етод шарового слоя позволяет получить одномерный тепловой поток без применения каких-либо охранных устройств. Однако шаровой прибор отличается сложностью монтажа, требует строгой центровки шаров; применение шарового прибора связано с трудностями равномерного заполнения исследуемым веществом шарового пространства между двумя полыми концентрическими шаровыми поверхностями. При испытании сыпучих и волокнистых материалов неравномерность заполнения шарового слоя исследуемых материалов может привести к значительным ошибкам в определении теплопроводности материала.

Внутри меньшего шара находится электронагреватель ^ 4 из нихромовой проволоки изолированной фарфоровыми бусами. Мощность нагревателя регулируется автотрансформатором 5 и измеряется ваттметром 6. Вся теплота, выделяемая нагревателем, передаётся теплопроводностью через шаровой слой исследуемого материала.

На внутренней и наружной поверхности шарового слоя материала установлено по пять термопар из хромель-копелевой термоэлектродной проволоки, подключённых к переключателю 7. Каждая термопара установлена в середине равных площадей, составляющих внутреннюю и наружную шаровые поверхности. Температура измеряется пирометрическим милливольтметром 8.
^ Порядок выполнения работы
1. Вставить вилку электронагревателя в розетку и включить автоматический выключатель 9.

2. Вращая ручку автотрансформатора 5 установить по ваттметру мощность нагревателя Р = 20 Вт.

3. Подключить пирометрический милливольтметр к одной из термопар с помощью переключателя термопар 7 и дождаться наступления стационарного теплового режима, о чём будет свидетельствовать неизменность показаний милливольтметра во времени (25 – 30 минут после включения на соответствующий режим).

4. Во время опыта измерить:

а) мощность нагревателя ^ Р, Вт;

б) температуры участков стенки внутреннего шара t1, t2, t3, t4,
t5, oС;

в) температуры участков стенки внешнего шара t6, t7, t8, to9, t10, oС.

5. Повторить пункты 2 – 4 для мощностей нагревателя 40 и 60 ватт.

6. При обработке результатов опыта вычислить:

а) среднюю температуру стенок внутреннего шара

tI = (t1 + t2 + t3 + t4 + t5) / 5

и внешнего шара tII = (t6 + t7 + t8 + t9 + t10) / 5;

б) среднюю температуру исследуемого материала

tмат = (tI + t II) / 2;

в) теплопроводность материала для трёх исследованных режимов по формуле (7), где d1 = 0,07 м, а наружный диаметр d2 = 0,10 м.

7. Определить предельную относительную погрешность измерений теплопроводности материала

.

8. Результаты опытов и расчётов занести в таблицу 2.

9. Построить график зависимости теплопроводности материала от его средней температуры .
Таблица 2– К расчёту теплопроводности материала
методом шарового слоя


Ф = P,

Вт

t1

t2

t3

t4

t5

tI

t6

t7

t8

t9

t10

tII

tмат

,

Вт/(м.К)



оС

20

65

69

66

68

67




34

35

36

35

35













40

104

105

104

108

109




44

46

48

49

43













60

149

152

156

156

152




63

64

65

66

6













1   2   3   4   5   6   7   8

Похожие рефераты:

Лабораторная работа №1. Файлы. Виды файлов. Типизированные файлы 1-модуль
Лабораторная работа №4. Тeкстовые файлы, их описание и основные отличия от типизированных файлов
Система динамических презентаций power point лабораторная работа №
Лабораторная работа № Знакомство с приложением PowerPoint. Создание слайдов. Вставка в слайды различных объектов. Шрифтовое и графическое...
Лабораторная работа 03 "текстовые задачи 1"
Избранные вопросы элементарной математики Лабораторная работа 03 "текстовые задачи 1"
Лабораторная работа №2: Создание er-модели и ее нормализация. Создание...
Лабораторная работа №3: Проектирования бд на основе декомпозиции универсального отношения
Лабораторная работа №13. Изучение протоколов статической маршрутизации
Лабораторная работа №13. Изучение протоколов статической маршрутизации rip, ospf с использованием Packet Tracer XX
Лабораторная работа №4 Организация движения хозяйственных, восстановительных,...
Рецензент – заместитель начальника отдела перевозок Гомельского отделения Белорусской железной дороги С. В. Прокопенко
Лабораторная работа 06 "квадратный трехчлен и прогрессии"

Лабораторная работа 08 "основные понятия и формулы тригонометрии"

Лабораторная работа №6 Тема: «Формы, регистры и организация бухгалтерского учета»

Лабораторная работа Работа в среде nc. Общий вид, клавиши f 1- f 3 Цель работы
Цель работы: отработать основные навыки по работе в среде nc, познакомиться с общим видом окна и основными клавишами F1-F3

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза