Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Определение коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов - файл 1.docx


Определение коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов
скачать (67.8 kb.)

Доступные файлы (1):

1.docx68kb.18.12.2011 09:50скачать

содержание
Загрузка...

1.docx

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Лабораторная работа №1

Определение коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов

Цель работы.
1. Изучить теорию теплопроводности тел.
2. Методом цилиндра определить λ материала.
3. Изучить табличные значения λ различных материалов.
4. Построить график изменения температуры по толщине цилиндрической стенки.
5. Построить график изменения градиента температур по толщине цилиндрической стенки.


Описание установки.
Схема установки дана на рисунке 1. Цилиндрический слой исследуемого материала 7 помещен в кольцевое пространство керамическим изолятором 8 и кожухом 9. Мощность, потребляемая нагревательным элементом 10 , регулируется регулятором напряжения 11, контроль осуществляется амперметром 13 и вольтметром 12.
Температуры стенок испытуемого материала 7 измеряются термопарами.
Термопары 1-6 измеряются потенциометром (милливольтметром) 14.
Перевод ЭДС в температуры по тарировочному графику.
Термопары поочередно подключаются к потенциометру переключателем 15.

Рисунок 1 – Схема установки: 1-6 – термопары, 7 – материал, 8 – изолятор трубчатый, 9- кожух, 10- нагревательный элемент, 11- регулятор напряжения, 12- вольтметр, 13- амперметр, 14- милливольтметр, 15-переключатель.



^ Методика проведения работы
Включить установку в сеть переменного тока и отрегулировать режим работы нагревательного элемента (напряжение U < 100В). Так как определение температур на границах производится в прогретом состоянии испытуемого слоя 7, то необходимый прогрев должен быть не менее 1.5 часов. После прогрева снять показания приборов (амперметра, вольтметра, термопар) и внести в таблицу 1. Измерения повторить 2 раза с интервалом 10 мин. Если установится стационарный режим теплопроводности, то данные последнего замера следует использовать для расчета коэффициента теплопроводности (таблица 2).
Таблица 1 – Данные эксперимента

τ, мин

J, A

V, В

ЭДС термопар, мВ

№1

№2

№3

№4

№5

№6

0

0,5

85

9

8,2

7,6

2,9

2,6

2,5

10

0,5

85

9,8

8,9

8,2

3,3

3,0

2,9

20

0,5

85

10,0

9,2

8,4

3,5

3,2

3,1

30

0,5

85

10,4

9,6

8,8

3,7

3,4

3,2

40

0,5

85

10,5

9,8

8,9

3,8

3,5

3,3

Температура, ⁰С (последний замер)

t1

t2

t3

t4

t5

t6

190

180

170

90

82

80



Диаметры равны: d1 = 20мм, d2 = 52мм. Рабочая длина трубы L = 0.5м. Для спирали сos φ = 0.95.

Рассчитываем мощность нагревателя по формуле:
W=Q=I∙U∙cosφ, (1)
где W = Q – мощность нагревателя, Вт;

I – сила тока, А;

U – напряжение, В.

W=Q=0,5∙85∙0,95=40,375 Вт.

Рассчитываем среднюю температуру внутренней поверхности по формуле:
t1=( t1+t2+t3)/3, (2)
t1=( 190+180+170)/3=180˚С.

Рассчитываем среднюю температуру наружной поверхности по формуле:
t2=( t4+t5+t6)/3, (3)

t2=( 90+82+80)/3=84˚С.



Рассчитываем коэффициент теплопроводности по формуле:
λ=Q∙ln(d2/d1)2π∙L(t1-t2) (4)
где λ – коэффициент теплопроводности, Вт/м ∙К;

Q – мощность нагревателя, Вт;

d1 – внутренний диаметр, мм;

d2 – наружный диаметр, мм;

L – рабочая длина трубы, м;

t1 – средняя температура внутренней поверхности, ˚С;

t2 – средняя температура наружной поверхности, ˚С.
λ=40,375∙ln(5220)2∙3,14∙0,5(180-84)=0,128 Вт/(м К)
Средняя температура:

tλ=t1+t22=180-842=132⁰С

Относительная погрешность измерения:
δλ=Δλλ=±[(ΔQ/Q)2+(Δl/l)2+(Δt/tλ)2+(Δd/d)2]0.5 (5)
δλ=±[(0,5/10.375)2+(0,25∙10-3/0.5)2+(0,5/185)2+(0,5∙10-3)2]0.5=0,0188
Абсолютная погрешность:

Δλ=δλ∙λ=0,0188∙0,128=0,0024
Коэффициент теплопроводности материала:

λt=λ±Δλ=0,128±0,0024=[0,1256-0,1304]
Рассчитанные данные сводим в таблицу 2.




Таблица 2 – Расчет коэффициента теплопроводности

Наименование величин

Обозначение, формула

Единицы измерения

Значение

1

2

3

4

Мощность нагревателя

W=Q=J∙V∙cosφ

Вт

40,375

Средняя температура внутренней поверхности

t1=(t1+t2+t3)/3

⁰C

180

Средняя температура наружной поверхности

t2=(t4+t5+t6)/3

⁰C

84

Коэффициент теплопроводности материала

λ=Q∙ln(d2/d1)2π∙L(t1-t2)

Вт/(м К)

0,128

Средняя температура

tλ=t1+t22

⁰C

132

Относительная погрешность измерения

Формула (5)




0,0188

Абсолютная погрешность

Δλ=δλ∙λ

Вт/(м К)

0,0024

Коэффициент теплопроводности материала

λt=λ±Δλ

Вт/(м К)

0,1256 – 0,1304


По опытному значению λ (0,1-0,2 Вт/м∙К) определяем материал:

Асбест λ = 0,1 – 0,25 Вт/мК.

Картон λ=0,12 Вт/мК
Так как температура t1=180⁰C, картон не выдержит такой температуры и сгорит, а асбест подходит.


Расчет текущих температур в теле в различных его точках:
tx=t1-t1-t2lnd2d1∙lnrxr1 (6)
где tx – температура в теле при x-ом радиусе, ˚С;

t1 – средняя температура внутренней поверхности, ˚С;

t2 – средняя температура наружной поверхности, ˚С;

rx – радиус, мм;

r1 – внутренний радиус (10 мм), мм;



d1 – внутренний диаметр, мм;

d2 – наружный диаметр, мм.



t10=180-180-84ln5220∙ln1010=180 ⁰С
t12=180-180-84ln5220∙ln1210=161,68 ⁰С

t14=180-180-84ln5220∙ln1410=146,19 ⁰С

t16=180-180-84ln5220∙ln1610=132,78 ⁰С

t18=180-180-84ln5220∙ln1810=120,95 ⁰С

t20=180-180-84ln5220∙ln2010=110,36 ⁰С

t22=180-180-84ln5220∙ln2210=100,78 ⁰С

t24=180-180-84ln5220∙ln2410=92,04 ⁰С

t26=180-180-84ln5220∙ln2610=84,00 ⁰С
Строим график зависимости t=f(r).



Расчет градиента температур в теле при различных радиусах по формуле:
dtdr=-t1-t2r∙lnd2d1 (7)

где dtdr - градиент температуры;

t1 – средняя температура внутренней поверхности, ˚С;

t2 – средняя температура наружной поверхности, ˚С;

d1 – внутренний диаметр, мм;

d2 – наружный диаметр, мм;

r – радиус цилиндра, мм.
dtdr=-180-8410∙ln5220=-10,047
dtdr=-180-8412∙ln5220=-8,37
dtdr=-180-8414∙ln5220=-7,18
dtdr=-180-8416∙ln5220=-6,28
dtdr=-180-8418∙ln5220=-5,58
dtdr=-180-8420∙ln5220=-5,02
dtdr=-180-8422∙ln5220=-4,57
dtdr=-180-8424∙ln5220=-4,19
dtdr=-180-8426∙ln5220=-3,86
Строим график зависимости (dt/dr)=f(r).
Рассчитываем термическое сопротивление асбеста:
R1=lnd2d12λ=lnd2d12∙0,128=3,73
Расчет термического сопротивления меди, шелка и подкладочной кожи:

Rмеди=ln52202∙384=0,001244 м∙К/Вт

Rшелк=ln52202∙0,05=9,555 м∙К/Вт

Rкожа=ln52202∙0,16=2,986 м∙К/Вт


Вывод: В ходе лабораторной работы была изучена теория теплопроводности тела. Методом цилиндра определили коэффициент теплопроводности материала (λ = 0,128Вт/мК). Для рассчитанного λ подобрали подходящий материал – асбест. Построили графики изменения температуры по толщине цилиндрической стенки. Текущая температура в цилиндрическом теле изменяется по закону логарифмической кривой. Данное явление объясняется тем, что плотность теплового потока q изменяется при изменении текущего радиуса цилиндра r. Полученный график dt/dr = f(r) совпал с литературными данными. Определили значение сопротивления материалов, наименее теплопроводным является шелк (R1=9,55 м∙К/Вт), наиболее теплопроводным – медь (R1=0,0012 м∙К/Вт), для асбеста сопротивление составило –3,73м∙К/Вт.


^ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение профессионального образования

Московский государственный университет дизайна и технологии

Новосибирский технологический институт

Московского государственного университета дизайна и технологии (филиал)

НТИ МГУДТ (филиал)

Факультет: ПНП

Кафедра: Охраны труда и промышленного строительства

Направление: 260800.65 Технология изделий из кожи


Работа зачтена:

____________________2009 г

Руководитель работы:

________________________


ОТЧЕТ

О лабораторной работе

Дисциплина: Теплотехника


Исполнитель: студентка группы Х-71 Неверова А.В.

Новосибирск 2009






Скачать файл (67.8 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru