Контрольные вопросы:
1. Что показывает радиационная температура?
2. Сформулируйте первое и второе условие комфортности.
3.От чего зависит тепловыделение человека?
4. Почему необходимо знать tв.п. и tв?
5. Какая часть человеческого тела наиболее чувствительна к радиационному нагреву?
6. Какова температура поверхности одетого человека?
Лабораторная работа №5 Теплоотдача горизонтального стержня при естественной конвекции
Цель и содержание работы: экспериментальное определение распределения температур по длине стержня и переданного количества теплоты; сравнение их с теоретическими.
Применяемое оборудование, материалы и инструмент: установка стыковой сварки, стержень с термопарами, милливольтметр UT33C, термометр инфракрасный Testo 831, штангенциркуль.
Пояснение к работе
Теоретическая часть
В технике широко используется оребрение поверхности нагрева с целью интенсификации теплопередачи, например, в радиоэлектронике, в быстровращающихся механизмах, в авиации и т.д. В этом случае требуется рассчитать само оребрение, т.е. определить наиболее рациональную форму и размеры ребра. При этом в задачу расчета входит распределение температуры по ребру, количество снимаемой теплоты, масса и стоимость оребренной поверхности нагрева. В одном случае требуется, чтобы габариты теплообменника были минимальными, в другом - чтобы минимальной была масса, в третьем - чтобы использование материала было эффективным и т.д. В полном объеме такая задача может быть решена только на основе эксперимента. Вместе с этим имеются и математические решения задачи.
Правда, эти решения очень сложны и возможны лишь при целом ряде упрощающих предпосылок.
Рассмотрим эти закономерности для стержня постоянной толщины l и длины L, представленном на рисунке 14, при горизонтальном его положении.
Стержень находится в среде с температурой t0. К торцу стержня подводится постоянное количество теплоты, и поэтому температура стержня изменяется лишь по его длине. В основании стержня температура равна t1. Коэффициент теплопроводности металла известен.
Рисунок 14 - Стержень в горизонтальном положении
Математическое решение задачи приводит к формуле распределения температуры:
, (43)
где
;
P - периметр стержня, мм;
f - площадь поперечного сечения, мм2;
t0 -температура окружающей среды, °С.
Для нагрева одного торца стержня и подвода теплоты к нему используется машина стыковой контактной сварки, представленная на рисунке 15. Если к паре электродов 2 прижать деталь 1, то при пропускании через нее тока она нагревается до определенной температуры. Перпендикулярно к детали приварен исследуемый стержень с термопарами, показанный на рисунке 16.
Подводимый тепловой поток равен мощности электрического тока Q = UI, рассчитанной по силе тока и напряжению в первичной цепи трансформатора машины стыковой сварки.
Рисунок 15 - Схема установки для стыковой сварки:
1- деталь; 2- зажимы.
Рисунок 16 - Схема расположения термопар
Порядок проведения работы
Установить исследуемый стержень в зажимах машины стыковой сварки.
Включить машину стыковой сварки в сеть. Выбрать режим работы машины. Включить кнопку сварочного аппарата.
После прогрева стержня и установления стационарного режима теплоотвода снять показания амперметра, вольтметра, термопар и занести в таблицу 10. Замеры провести в двух режимах нагрева.
Таблица 10 - Результаты измерений
№ опыта |
U, В |
I, А |
Температура стержня, °С |
t0, °С |
||
t1 |
t2 |
t3 |
||||
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
Обработка результатов измерений
Тепловой поток, подводимый к стержню:
Q = I U, Вт. (44)
Средний коэффициент теплоотдачи стержня:
,
Вт/(м2°С),
(45)
где К=1/27,4 - коэффициент теплопередачи к стержню;
S= d L - площадь поверхности стержня, мм2.
Температура в конце стержня:
,
(46)
где
;
r - радиус стержня, мм;
= 40 Вт/(м°С).
Температура в середине стержня:
,
(47)
где х = L/2.
Обработка результатов исследований и содержание отчета:
1. Название, цель работы, применяемое оборудование.
2. Схема устройства экспериментальной установки.
3. Измерения, сведенные в таблицу 10.
4. Результаты расчета.
5. Выводы по работе.