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

14207. Фортепианное искусство Беларуси XX века 92.5 KB
  Фортепианное искусство Беларуси XX века Фортепианная музыка является неотъемлемой частью профессионального искусства Беларуси. Формирование белорусской национальной композиторской школы завершилось к концу XIX столетия и фортепианное искусство как композиторское...
14208. ИСТОРИЯ БЕЛОРУССКОЙ МУЗЫКАЛЬНОЙ КУЛЬТУРЫ ДО XX ВЕКА 553.5 KB
  Е.С. Бондаренко ИСТОРИЯ БЕЛОРУССКОЙ МУЗЫКАЛЬНОЙ КУЛЬТУРЫ ДО XX ВЕКА Учебно-методическое пособие Минск 2007 ВВЕДЕНИЕ Курс истории белорусской музыки музыки нашей страны занимает одно из важнейших мест в ряду музыкальнои...
14209. История белорусской музыки ХХ века 3.37 MB
  Л.А. Волкова История белорусской музыки ХХ века Симфония В пособии освещены актуальные проблемы исторической эволюции национального симфонизма и собственно симфонии жанра занимающего центральное место в белорусской музыке ХХ века. Особое внимание уде...
14210. Музична память (англ. music memory) 155 KB
  Музична память. Музична память англ. music memory здатність впізнавати і відтворювати музичний матеріал. Музичне впізнавання необхідно для осмисленого сприйняття музики. Необхідна умова музичної памяті достатній розвиток музичного слуху. Важливе місце в музичній
14211. Музична педагогіка 281 KB
  Тема 1. Сутність музичної педагогіки та її основні категорії Музичне виховання як важлива складова естетичного виховання відіграє особливу роль у всебічному розвитку особистості дитини. Ця роль визначається специфікою музики як виду мистецтва з одного боку та специф...
14212. Музична педагогіка — галузь педагогічної науки 75 KB
  Музична педагогіка галузь педагогічної науки загальної педагогіки яка вивчає особливості освіти навчання та виховання особистості засобами музичного мистецтва. Музичну педагогіку слід відрізняти від окремих методик музичного навчанн...
14213. Історія музичної психології 57.5 KB
  Історія музичної психології ПЛАН: Предмет структура і методи музичної психології. Їх специфіка. Історія становлення музичної психології від найдавніших часів до сучасності. Етапи становлення музичної психології як науки. Напрямки музичної психолог...
14214. Музичне мистецтво 25.5 KB
  Музичне мистецтво Помітних успіхів досягла українська музична культура у X VIII ст. Осередком музичного життя стала Київська академія де вивчали нотну грамоту та були поширені хоровий спів гра на музичних інструментах. В академії існував симфонічний оркестр. Великий вне...
14215. Діяльність видатного угорського педагога, композитора та видатного громадського діяча Золтана Кодая 3.6 MB
  Зміст Вступ Розділ І. Теоретичні основи системи музичного виховання Золтана Кодая 1.1. Музично педагогічні погляди Золтана Кодая на виховання дітей 1.2. Розвиток метро ритмічного ладового відчуття у молодших школярів за системою Золтана Кодая Розділ ІІ. П