Реферат Исследование коэффициента теплоизоляционного материала

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Имя

Выберите тип работы:

Принимаю Политику конфиденциальности

Скидка 25% при заказе до 21.9.2024

ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

2.1   Цель работы.
    Целью лабораторной работы является экспериментальное определение коэффициента теплопроводности шнурового асбеста и установление зависимости указанного коэффициента от температуры.
2.2   Основные понятия и определения.

    Согласно основному закону теплопроводности (закону Фурье) тепловой поток Q, передаваемый в процессе теплопроводности, пропорционален градиенту температуры и поверхности теплообмена

,

где: градиент температуры (характеризует интенсивность увеличения температуры в

                 направлении нормали к изотермической поверхности), К/м;

        F – поверхность теплообмена, м² ;

        коэффициент теплопроводности вещества, Вт/(м К).

   Коэффициент теплопроводности характеризует способность данного вещества проводить теплоту. Численно коэффициент теплопроводности равен количеству теплоты, проходящей через единицу изотермической поверхности в единицу времени при градиенте температуры 1 К/м, измеряется в Вт/(м К)

,

где q – плотность теплового потока (q = Q/F), Вт/ м².

    Коэффициент теплопроводности является физическим параметром вещества и, в общем случае, зависит от температуры, давления и рода вещества.

    Коэффициент теплопроводности в газах зависит в основном от скорости движения молекул, которая, в свою очередь, возрастает с увеличением температуры. В результате с ростом температуры коэффициент теплопроводности газов увеличивается. Например, при изменении температуры от 0 до 300 С значение коэффициента теплопроводности воздуха изменяется в пределах от 0,020 до 0,045 Вт/(м К). При комнатной температуре для воздуха 0,025 Вт/(м К).

     У жидкостей коэффициент теплопроводности, как правило, меньше 1Вт/(м К). Вода является одним из лучших жидких проводников тепла для нее 0,6 Вт/(м К).

   В металлах теплопроводность обеспечивается за счет теплового движения электронов. Теплопроводность металлов много выше, чем газов и жидкостей. Наибольшим коэффициентом теплопроводности обладает серебро и медь: 380…460 ВТ/(м К). Для углеродистых сталей 50 Вт/(м К), а для высоколегированных сталей 10 Вт/(м К).

   Коэффициент теплопроводности неметаллических твердых материалов обычно ниже 10 Вт/(м К). Теплоизоляционные и многие строительные материалы (кирпич, бетон, дерево и др.), обладают пористым строением, имеют сравнительно низкие коэффициенты теплопроводности – 0,02…2,0 Вт/(м К).

    Коэффициент теплопроводности для различных материалов обычно определяют экспериментально, с использованием различных методов.
2.3   Установка для определения коэффициента теплопроводности.
   В данной работе коэффициент теплопроводности шнурового асбеста определяется методом цилиндрической трубы.

  Уравнение Фурье для цилиндрического стержня имеет вид

      (1.1)

где коэффициент теплопроводности материала;

      градиент температуры;

      F – поверхность теплообмена ();

      d – диаметр стержня;

      длина стержня.

   После дифференцирования уравнения (1.1) и разделения переменных можно получить выражение для определения коэффициента теплопроводности материала, имеющего форму трубы, Вт/(м К):

          (1.2)

где соответственно внутренний и наружный диаметры теплоизоляционного материала,

                          имеющий форму трубы, м;

                     длина трубы, м;

          соответственно температура на внутренней и наружной поверхностях изоляции, К

                          или С.

   Таким образом, для расчета коэффициента необходимо определить величину теплового потока Q и температуру внутренней и наружной поверхностей теплоизоляционного материала, а также знать значение и .

    Схема лабораторной установки приведена на рис. 1.1. Установка состоит из латунной трубки 1, покрытой слоем шнурового асбеста 2. тепловой поток, проходящий через изучаемый теплоизоляционный материал (шнуровой асбест), создается с помощью спирального электрического нагревателя 3, находящегося внутри латунной трубки. Мощность нагревателя, а следовательно, и величина теплового потока, регулируется лабораторным автотрансформатором 4 и определяется с помощью вольтметра 5 и амперметра 6. на внутренней и наружной поверхностях теплоизоляционного материала установлены “горячие” спаи 7 термопар. “Холодные” спаи 8 выведены внутрь стенда и имеют комнатную температуру t₀. Измерение термо-э.д.с. между “горячими” и “холодными” спаями термопар производится с помощью милливольтметра 9. Для измерения температуры на внутренней поверхности асбеста переключатель 10 термопар ставят в положение 1 (см. рис. 1.1), а при определении температуры внешней поверхности асбеста – в положение 2.

    Количество тепла, выделяемое электрическим нагревателем (величина теплового потока) определяется из выражения (в ВТ)

         (1.3)

где J – величина тока, проходящего через спираль нагревателя, А;

      U – падение напряжения на нагревателе, В.

   Температура определяется при работе милливольтметра в диапазоне “7.5мА” и рассчитывается как

    (1.4)

где z – число делений на шкале милливольтметра при измерении температуры ;

       t₀ – температура воздуха в лаборатории, ⁰С.

   Температура определяется при работе милливольтметра в диапазоне “15мА” и рассчитывается по аналогичной формуле

      (1.5)

Значения и приведены непосредственно на приборной панели лабораторной установки.
1.4.    Порядок выполнения работы
   Лабораторную работу необходимо выполнить в следующей последовательности:

1)      выключатель 11 (см. рис. 1.1) перевести в положение “включено”;

2)      небольшим поворотом ручки автотрансформатора 4 установить величину тока в цепи нагревателя в пределах 0,4…0,5 А;

3)      после установления стационарного теплового режима (через 30…40 минут после включения электронагревателя) произвести измерения температур на внутренней и наружной поверхностях теплоизолятора с помощью милливольтметра 9. Результаты измерений занести в протокол (см. табл. 1.1).

4)      с помощью автотрансформатора установить величину тока в цепи нагревателя в пределах 0,6…0,7 А. После установления стационарного теплового режима необходимо вновь произвести измерения и результаты занести в протокол;

5)      по окончании измерений вращением ручки автотрансформатора против часовой стрелки установить напряжение и ток в цепи нагревателя равным нулю, выключатель 11 стенда поставить в положение “выключено”.

Таблица 1.1

Протокол испытаний

Режим	Ток и напряжение в цепи нагревателя		Показания милливольтметра		Размеры теплоизоляционной цилиндрической трубы			Комнатная температура
Режим	J, А	U, B			, м	, м	, м	t_0, ⁰С
1	0,74	91	21	14	0,026	0,034	0,7	20

1.5. Обработка результатов измерений
В процессе обработки результатов измерений для каждого необходимо рассчитать значения Q, , и по приведенным выше формулам (1.2), (1.3), (1.4), (1.%). Все расчеты необходимо выполнить в системе СИ.

Полученные значения и коэффициента теплопроводности следует относить к средней температуре испытаний соответственно для режима 1 и 2

и

В заключение необходимо построить график зависимости коэффициента теплопроводности от средней температуры теплоизоляционного материала.

Bukvasha