10214

Расчет пластины погруженной в жидкость

Контрольная

Производство и промышленные технологии

Расчет пластины погруженной в жидкость. Краткая теория. Нагрев неограниченной пластины. Дана неограниченная пластина толщина которой равна 2R. В начальный момент времени пластина помещается в среду с постоянной температурой . Между ограничивающими поверх

Русский

2013-03-21

197 KB

11 чел.

Расчет пластины погруженной в жидкость.

Краткая теория.

  Нагрев неограниченной пластины.

  Дана неограниченная пластина, толщина которой равна 2R. В начальный момент времени пластина помещается в среду с постоянной температурой . Между ограничивающими поверхностями пластины и окружающей средой происходит теплообмен по закону Ньютона. Найти распределение температуры по толщине пластины в любой момент времени.

  Дифференциальное уравнение теплопроводности и его краевые условия имеют вид

, ,  -R<x<R,                                                  (1)

T(x,0)=f(x);                                                             (2)

;                                               (3)

.                                              (4)

  Решение проведем методом разделения переменных. Предположим, что функция четная, то есть , поэтому . Тогда вместо граничного условия (34) можно записать

.                                                          (5)

  Введем новую функцию , позволяющую свести задачу на нагревание к задаче на охлаждение. Очевидно, что исходное дифференциальное уравнение относительно функции не изменится, а граничное условие (33) приведется к однородному виду. Частное решение задачи будем искать в виде

.

После подстановки в уравнение (31) получим

.

Интегрирование уравнения дает .

Дифференциальное уравнение для определения имеет вид

.

Известно общее решение этого уравнения

.

Тогда частное решение уравнения (31) примет следующий вид

.

Из условия симметрии процесса теплопроводности (35) следует

.

Это означает, что , тогда

.

Значение постоянной разделения определим, удовлетворяя ГУ (32). Имеем

;

,                                     (6)

где - относительный коэффициент теплоотдачи.

  Преобразовав уравнение (36), получим

,                                                   (7)

где .

Обозначив через , характеристическое уравнение (37) можно написать в виде

.

Корни этого уравнения приведены в Т 2.1 [1].

Следовательно, общее решение краевой задачи (31)-(35) имеет вид

.

  Для определения постоянных воспользуемся начальным условием (32) и ортогональностью функций в промежутке [-R; R]

.

Умножим обе части этого равенства на и проинтегрируем в промежутке     [-R; R], тогда получим соотношение для коэффициентов

.                  (8)

Общее решение задачи с учетом соотношения (38)

.                      (9)

Для случая, когда является нечетной функцией, частное и общее решения задачи соответственно имеют следующий вид

;

,

где - корни трансцендентного уравнения .

  Первые шесть корней этого уравнения приведены в Т 2.2[1] для различных значений Bi.

  При равномерном начальном распределении температуры, то есть f(x)= , распределение температуры (39) в безразмерной форме

.


Цель работы:        1. Изучение методов решения тепловых задач.

  2.Изучение возможностей Mathcad. 

Выполнения работы.

По заданным данным и значениям вектора х, используя критерий Био находим вектор у.

По ним строим график:

С помощью графика вычисляем около 10 значений Х. И далее по этим значение рассчитываем Относительную температуру:

Ответы на вопросы.

  1.  Какие процессы имеют место при нагреве пластины погруженной в жидкость.

При нагреве пластины погруженной в жидкость будут происходить следующие процессы.

  1.  Передача тепла от жидкость к пластине.
  2.  Процесс медленного нагрева пластины от краев к центру, до тех пор пока система не обретет равновесное состояние.
  3.  Процесс остывания жидкости до тех пор пока система не обретет равновесное состояние.
  4.  Отчего зависит перепад температуры между поверхностями нагреваемой с одной стороны индукционным способом стенки.

При индукционном нагреве на высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки Δ (Поверхностный-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает, и заготовка разогревается. Нижерасположенные слои металла прогреваются за счёт теплопроводности. В скин-слое Δ плотность тока уменьшается в e раз относительно плотности тока на поверхности заготовки, при этом в скин-слое выделяется 86,4 % тепла (от общего тепловыделения. Глубина скин-слоя зависит от частоты излучения: чем выше частота, тем тоньше скин-слой. Также она зависит от относительной магнитной проницаемости μ материала заготовки.

То есть внутренние слои заготовки нагреваются за счет теплопроводности, и следовательно чем дальше слой от внешнего слоя тем медленней он нагреваеться.

  1.  От чего зависит число членов ряда аналитического решения тепловой задачи.

Число членов ряда при аналитическом решении зависит от того какая необходима точность расчетов, то есть чем больше членов ряда мы примем во внимание тем точнее будет наш расчет.

  1.  Какое решение точнее – аналитическое или численное. Составляющая точность.

Оба этих метода могут обеспечить заданную точность расчетом. И при расчетах больше значение будет иметь оператор проводящий данные расчеты поскольку одной из основных частей погрешности является погрешность оператора.

  1.  Прокладка кабеля на воздухе обладает самыми хорошими тепловыми характеристиками. Об этом можно судить по добавочному коэффициенту.

Вывод:

Во время выполнения работы были изучены методы расчета нагрева неограниченных пластин. А так же мы изучили способы построения графиков в Mathcad, и получения точных значений по графику.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75925. Борис Ельцин – первый президент РФ: личность и эпоха 15.83 KB
  А как к деятельности бывшего руководителя страны относятся наши местные политики Какое по их мнению место в истории он заслуживает Римма Ризванова руководитель исполкома Набережночелнинского отделения партии Единая Россия: – Время правления Ельцина – 1990е годы – было очень сложно. А сегодня многие даже не понимают что Путин –это его преемник который в свое время выделил бывшему президенту годовую пенсию равную 28 миллионов рублей в год Ельцина люди по-прежнему ненавидят. Под руководством Ельцина начала сеяться в России...
75926. Внешнеполитические причины дезинтеграции СССР 18.75 KB
  Борьба США и СССР. Целенаправленная помощь афганским моджахедам; Инновационная технологическая рецептура: Кампания по резкому сокращению притока валюты в СССР реализуемая посредством снижения по договоренности с Саудовской Аравией мировых цен на нефть ограничения советского природного газа в Западную Европу; Когда у СССР сформировалась иллюзия возможности безбедного существования за счет цен на нефть и когда советская экономика уже была полностью привязана к нефтяному экспорту произошел 1986 г. воздействие американцы активно...
75927. Внешняя политика во взглядах правящей элиты России: эволюция и современное состояние 21.02 KB
  На протяжении последних двух десятилетий в России сменилось несколько партий власти. На смену Выбору России и созданной одновременно с ним Партии российского единства и согласия пришло движение Наш дом Россия впоследствии влившееся в блок Единство который затем трансформировался в Единую Россию. В рамках переходной политической системы постсоветской России Ельцин находил достаточно прочную социальную и политическую базу как в широком демократическом движении так и в рыночно ориентированной части постсоветской номенклатуры.
75928. Внутриполитические причины дезинтеграции СССР 17.22 KB
  Отсутствие гибкого механизма управления огромной страной способного изменяться в соответствии с веяниями времен Разногласия в единой политике КПСС кризис коммунистической идеологии и ослабление роли КПСС с последующей ликвидацией ее партийно-политической монополии составлявшей основу СССР; было утрачено большинство политических и территориальных завоеваний СССР в годы Великой Отечественной войны были ликвидированы СЭВ и ОВД....
75930. Государство и церковь в современной России. Особенности взаимоотношений 16.87 KB
  Сегодня проблема взаимоотношений церкви и государства остра как никогда. Если принять во внимание что крупнейшей и наиболее структурированной религиозной организацией в нашей стране является Русская православная церковь Московский патриархат осуществляющая активные контакты с государством то становится очевидной необходимость особого подхода к изучению взаимоотношений церкви и государства. Повсеместное строительство и возрождение храмов рост авторитета и влияния Русской Православной Церкви стали приметой нашего времени. В этом...
75931. Демографическая ситуация и демографическая политика РФ на современном этапе 17.94 KB
  С конца 90х годов XX века демографическая проблема рассматривается как фактор национальной безопасности с 2000 года обсуждается демографическая ситуация в России и меры по ее оптимизации. В 2001 году число жителей России уменьшилось почти на 1 миллион человек. Сохранение нынешнего уровня рождаемости и смертности населения может привести к тому что уже через 15 лет население России уменьшится еще на 10 млн человек.
75932. Деятельность Государственной Думы и Совета Федерации в конце 20 века 20.16 KB
  Среди принятых федеральные конституционные законы Об арбитражных судах в Российской Федерации и О Конституционном Суде Российской Федерации О референдуме Российской Федерации; первая часть Гражданского кодекса; Семейный Водный Арбитражный процессуальный кодексы. Успехи: Вклад в развитие парламентаризма Установилось взаимодействие между Государственной думой и советом федерации начали складываться рабочие отношения между госдумы с Президентов РФ Правительством Рф и министерствами и ведомствами РФ. Государственная дума также...
75933. Избирательная система РФ и ее эволюция в конце 20 века 22.87 KB
  Граждане Российской Федерации имеют право участвовать в управлении делами государства как непосредственно так и через своих представителей. Граждане Российской Федерации имеют право избирать и быть избранными в органы государственной власти и органы местного самоуправления а также участвовать в референдуме. Президент Российской Федерации избирается сроком на шесть лет гражданами Российской Федерации на основе всеобщего равного и прямого избирательного права при тайном голосовании. Президентом Российской Федерации может быть избран гражданин...