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

43328. Використання електронних підручників на уроках хімії 143.5 KB
  Використання комп'ютерних моделей дозволяє розкрити істотні зв'язки досліджуваного об'єкта, глибше виявити його закономірності, що, у кінцевому рахунку, веде до кращого засвоєння матеріалу. Учень може досліджувати явище, змінюючи параметри, порівнювати отримані результати, аналізувати їх, робити висновки. Наприклад, задаючи різні значення концентрації реагуючих речовин (у програмі, що моделює залежність швидкості хімічної реакції від різних факторів), учень може простежити за зміною обсягу газу, що виділяється, і т.д.
43329. Оборотні кошти підприємства 516 KB
  Висока інфляція неплатежі й інші кризові явища змушують підприємства змінювати свою політику стосовно оборотних коштів шукати нові джерела поповнення вивчати проблему ефективності їхнього використання. Тема визначення потреби в оборотних коштах є досить актуальною бо правильна організація збереження і ефективність використання оборотних коштів мають велике значення для забезпечення безперервного процесу суспільного відтворення стійкого фінансового стану всіх суб'єктів господарювання нормального грошового звернення реального накопичення...
43330. Вузол черв’ячного редуктора 5.02 MB
  Пустотілий вал 1 черв’ячного колеса розміщений у корпусі редуктора на конічних роликових підшипниках 0-го класу точності. На вал 1 діє нерухома радіальна сила – 8 кН. Вінець черв’ячного колеса не розбирається і повинен передавати Мкр=2000 кН мм на маточину. В деталі 2 є шліцевий отвір, в який заходить шліцевий вал, непоказаний на кресленні. Даний вал може вільно переміщатись в осьовому напрямку.
43332. Архітектура, історія, перспективи LTE стандарта в Україні та світі 192 KB
  Історія технології LTE Рівень економічного розвитку будьякої країни в даний час визначається ступенем розвитку сучасних технологій. Це досягається за рахунок поступового переходу до мереж наступного покоління NGN Next Genertion Network FGN Future Genertion Network LTE які підтримують широкий спектр інфокомунікаційних послуг. LTE грунтується на фундаментальній ідеї розподілу функцій комутації та функцій надання послуг що дозволяє виконати впровадження глобальної інформаційної інфраструктури ГІІ яка надає можливість...
43333. Интеграл Лебега-Стилтьеса, функции с ограниченным изменение 551 KB
  Рассмотрим подробнее заряды на -алгебре, порожденной полуинтервалами на отрезке. Каждому заряду (как и мере) поставим в соответствие функцию g. Опишем класс функций на , которые соответствуют зарядам. Построение заряда аналогично построению меры Лебега-Стилтьеса по неубывающей функции.
43335. Підсилювач низької частоти 5.68 MB
  Розрахуємо максимальну напругу в навантаження по формулі: В 1 Знайдемо максимальний струм що проходить через навантаження: 2 Розрахуємо необхідний коефіцієнт підсилення підсилювача за формулою: 3 Знайдемо орієнтовну кількість каскадів попереднього підсилення за наступною формулою: 4 Отриману за формулою 4 кількість каскадів округляють до найближчого цілого непарного числа в більшу сторону так як схема з СЕ дає зсув фази на 180 n = 3 Вихідний каскад ставиться на виході підсилювача і забезпечує підсилення...
43336. Регіональні проблеми безробіття в Україні 267.5 KB
  Як економічна категорія безробіття відображає економічні відносини щодо вимушеної незайнятості працездатного населення. Актуальність теми полягає в тому що структурні зрушення які відбуваються на сучасному етапі розвитку національної економіки призводять до суттєвих негативних змін на ринку праці зокрема до достатньо значних обсягів і рівня безробіття економічно активного населення і як наслідок до неефективного використання робочої сили. При цьому розвиток підприємництва малого і середнього бізнесу та інші ринкові перетворення не...