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

21 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

6390. Оператор import в Web-программировании 28.61 KB
  Оператор import. Чтобы избавить разработчика от необходимости указывать полные имена и в то же время позволить ему воспользоваться преимуществами пакетов, используется оператор import. Если вы собираетесь работать в программе с другими классами паке...
6391. Объекты в языке JavaScript 106.95 KB
  Объекты. В языке JavaScript не предусмотрены средства для работы с классами в том виде, в котором они реализованы в C++ или Java. Разработчик сценария не может создать подкласс на основе существующего класса, переопределить метод или выполнить какую...
6392. Объекты в Web-программировании 39.8 KB
  Чтобы вызвать метод setTimeout () объекта Window, достаточно указать имя этого метода и задать параметры, а чтобы узнать имя окна, можно обратиться к свойству name. Обращение document.write () означает то же самое, что и window.document.write (), об...
6393. Основы Web-программирования на PHP 29.74 KB
  PHP. Быстрый старт. Первая программа на PHP. Вставив инструкцию print междуPHP-тегами, мы даем команду серверу послать приветствие Hello, world! в браузер. Это аналогично тому, что мы ввели данный текст в HTML-код...
6395. Мировоззрение и его исторические типы 72.5 KB
  Мировоззрение и его исторические типы Менталитет и мировоззрение Мировоззрение в современную эпоху Исторические типы мировоззрения Мифология как исторически первый тип мировоззрения Религия как тип мировоззрения Ме...
6396. Философия как тип мировоззрения 62.5 KB
  Философия как тип мировоззрения Философия и другие типы мировоззрения Структура философии Различные типы философствования Философия и другие типы мировоззрения Любое мировоззрение связано с осмыслением мира, выявлением смысла. В ми...
6397. История философии и ее связь с историческим процессом 99 KB
  История философии и ее связь с историческим процессом Происхождение философии Основные этапы развития европейской философии Особенности развития русской философии Происхождение философии. Философия возникла одновременно в древнейших...
6398. Материя как предмет философского осмысления 66.5 KB
  Материя как предмет философского осмысления Онтология и проблема бытия Проблема материи в истории философии Атрибуты материи Онтология и проблема бытия Одним из центральных разделов философии является онтология - уче...