16364

Определение теплопроводности твердых теплоизоляционных материалов

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа №1. Определение теплопроводности твердых теплоизоляционных материалов Цель и задачи работы: ознакомление со стационарным методом измерения коэффициентов теплопроводности теплоизоляционных материалов и про...

Русский

2013-06-20

133 KB

20 чел.

PAGE   \* MERGEFORMAT 3

Лабораторная работа №1.

Определение теплопроводности твердых теплоизоляционных материалов

Цель и задачи работы:

- ознакомление со стационарным методом измерения коэффициентов теплопроводности теплоизоляционных материалов и проведение измерений теплопроводности на автоматизированном учебном лабораторном стенде;

- экспериментальное определение коэффициента теплопроводности  теплоизоляционного материала.

Основные сведения

Стационарные методы измерения теплопроводности, простейшие по теоретическому обоснованию, начали развиваться раньше других методов и в  настоящее время достигли значительного совершенства за счет использование современных средств контроля и измерения. С их помощью исследуются самые различные материалы: металлы, полупроводники, теплоизоляторы, волокна, порошки, жидкости и газы.

Для изучения теплопроводности твердых теплоизоляционных материалов, неметаллических жидкостей и газов применяются, в основном, методы, в которых испытуемый образец имеет форму пластины, трубы или полого шара и обеспечиваются условия для протекания через образец одномерного теплового потока.

Рассмотрим плоскопараллельную пластину, пронизываемую одномерным тепловым потоком с линиями тока, перпендикулярными к поверхности пластины. Теплообмен теплопроводностью через такую стенку происходит согласно закону Фурье:

, (Вт/м2)     (1)

где   - коэффициент теплопроводности материала пластины, (Вт/(м*К));   - температуры боковых поверхностей температуры, (К);   - толщина пластины, м

Формула (1) применяется в том случае, если коэффициент λ принимается  постоянным, не зависящим от температуры, что справедливо при малых перепадах температуры. В общем случае следует учитывать температурную зависимость коэффициента теплопроводности материала.

Известно, что для большинства теплоизоляционных материалов в узком интервале температур (до 50 К) величина коэффициента теплопроводности с достаточной степенью точности описывается линейной функцией вида:

При использовании образцов конечных размеров часть теплового потока, поступающего в образец, рассеивается во внешнюю среду – это требуется учитывать в эксперименте.

Если образцы изготовлены из воздушно-пористых материалов  малой  плотности, или исследуются газы или жидкости, то влиянием контактных сопротивлений можно пренебречь.

В настоящее время известно много разнообразных практических схем  

стационарного  метода  плоского  слоя  для  измерения  теплопроводности

материалов.

Описание экспериментальной установки

Используемая в эксперименте установка (рис. 1) состоит из основания (1) монтажными стойками (2), удерживающими прижимной механизм (6, 11) охладителя (8, 9). Нагреватель (4), установленный на пенопластовой основе (3) подключается к автоматическому трансформатору (13). К нагревателю сверху плотно прижимается испытуемый образец (5) диаметром 120 мм и толщиной 25 мм. Вся система смонтирована в корпусе с полыми стенками заполненными вакуумом (8). Термопара Т1 закреплена на корпусе нагревателя снизу, Т2 – сверху, Т3 – со стороны нагревателя у боковой стенки образца, Т4 – посередине с холодной стороны. Температуры Т1 и Т2 выводятся на измеритель ТРМ 200, расположенный слева (7) (Т1 – красный дисплей, Т2 – зеленый), а температуры Т3 и Т4 соответственно на измерителе справа (12) (Т3 –красный дисплей, Т4- зеленый). Напряжение на автотрансформаторе (ЛАТР) отображается на его стрелочном приборе, а также может фиксироваться мультиметром.

Рисунок 1 – Схема экспериментальной установки

  1.  основание, 2 – стойка монтажная, 3 – нижняя прослойка пенопласта, 4 - нагреватель, 5 – испытываемый образец, 6 – прижимные гайки, 7, 12 – измерители ТРМ 200, 8 – теплоизолирующий кожух, 9 – вентилятор, 10 – радиатор, прижимная пластина, 13 – ЛАТР, 14 – измеритель напряжения на выходе ЛАТРа.

Напряжение нагревателя регулируется автотрансформатором, ограниченным диапазоном регулирования до 25 В. В процессе регулирование к клеммам «выход» подключается мультиметр для более точной фиксации напряжения подаваемого на нагреватель. Сигналы с термопар в режиме реального времени отображаются на измерителях ТРМ 200.

 

Обработка результатов

  1.  Коэффициент формы образца      , (м-1)

где  F – площадь поверхности образца, , м2;

 - толщина образца, м.

  1.  Тепловой поток от нагревателя     , Вт

где  U – напряжение, подаваемое на нагреватель определяется по показаниям вольтметра, установленного в ЛАТР, В

 R – сопротивление нагревателя, R=30 Ом

  1.  Для каждого режима посчитать коэффициент теплопроводности:

,

где   - средние температуры поверхностей образца с горячей и холодной стороны соответственно, К;

Учитывая, что образец находится в термостатирующей оболочке, заполненной вакуумом, то радиальными потерями можно пренебречь.

Параметры процесса

№№

F, м2

Q, Вт

tг, К

tх, К

, К

, Вт/(м*К)

1

Выводы

Среднеквадратичная относительная погрешность:

.

PAGE  

PAGE  3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

591. Модернизация технологического процесса обработки резанием детали ствол к изделию ружье 499.5 KB
  Расчет и проектирование мерительного инструмента. Усовершенствование технологического процесса обработки резанием детали Ствол из условия улучшений ее технологических характеристик. Изучение конструкции и принципа работы макета ружья.
592. Интерпретатор фиксированной XML-структуры в SQL-запросы 130 KB
  XML, в отличие от HTML, дает возможность сохранения данных в обычном текстовом формате, при этом любой человек или программа, имеют возможность читать и обрабатывать XML-документы. С помощью любого текстового редактора на любой платформе можно просмотреть документ и внести в него необходимые изменения.
593. Теория административного права 268 KB
  Понятие управление в административном праве. Исполнительная власть и государственное управление как вид государственной деятельности. Административно-правовые нормы: понятие, виды, особенности. Обязанности и права государственного служащего.
594. Информационные технологии при обучении иностранному языку 71 KB
  Процесс внедрения (использования) информационных технологий в обучение иностранному языку. Информационные технологии при изучении страноведческого материала на базе английского языка.
595. Испытание трехфазного синхронного генератора методом непосредственной симметричной нагрузки 175 KB
  Схемы, снятые параметры опытов, обработка результатов измерений. Общая принципиальная схема. В качестве привода генератора использовался двигатель постоянного тока. Определение реактивности Потье, построение диаграммы ЭМДС, определение номинального тока возбуждения генератора.
596. Изучение утилиты gawk мощного инструмента ОС Linux 78 KB
  Изучению утилиты gawk мощного инструмента ОС Linux, ее функциональным возможностям и синтаксису, созданию shell-сценариев с использованием этой утилиты, ее команд и управляющих структур.
597. История жизни и деятельности Александра III 152.5 KB
  Внешняя политика Александра III. Экономическое развитие страны. Проблема коррупции при Императоре Александре III. В годы царствования Александра III значение Русской Православной Церкви вообще продолжало увеличиваться. Особую роль в этом сыграл обер-прокурор Синода К.П. Победоносцев.
598. Контроль и ревизия денежных средств и финансовых вложений 77.5 KB
  Задачи, последовательность и источники контроля и ревизии денежных средств и финансовых вложений. Обобщение целевого использования денежных средств как по кассе, так и по счетам в банках, а также обоснованность каждого вида финансовых вложений.
599. Управленческие решения. Уровни принятия решений 76 KB
  Управленческие решения: понятие, значение, методы и этапы их принятия. Соответствия управленческих решений действующим законам и нормативным актам и их полномочность.