1.3 Описание лабораторной установки, приборов и оборудования

Основным элементом экспериментальной установки является измерительный участок (рисунок 1). Он состоит из греющей цилиндрической трубы 1 диаметром 8x1,0 мм, длиной 1300 мм, выполненной из стали ОХ18Н10Т с коэффициентом теплопроводности λ=18 Вт/мК, на которую помещается слой исследуемых материалов постоянной толщины, песок – 2, асбест – 3. Внутренний диаметр слоя - 8 мм, наружный - 59 мм, длина каждого слоя 650 мм.

Труба 1 греется за счет электрического тока, что обеспечивает постоянную плотность теплового потока. Электропитание трубы осуществляется от понижающего трансформатора 4 снабженного выпрямителем, регулятором напряжения. Мощность, подводимая к трубе, определяется по напряжению на ней измеряемому вольтметром 5, и силе тока в цепи, определяемой по падению напряжения на шунте 300 А – 75 мВ с помощью милливольтметра 6, отградуированном в амперах.

Экспериментальный участок оснащен четырьмя хромель-копелевыми термопарами. Температура наружных поверхностей слоев песка и асбеста определяется термопарами Т₂ и Т₄. Термопары Т₁ и Т₃ измеряют температуру внутри обогреваемой трубы, соответственно в районе слоев песка и асбеста.

Рисунок 1 – Схема лабораторной установки по исследованию коэффициента теплопроводности методом цилиндрического слоя

Теплопроводность исследуемого материала вычисляется с помощью уравнения

(1.4)

где и – температуры внутренней и внешней поверхности слоя исследуемого материала; d₁=0.008 м и d₂=0.059 м – соответствующие им диаметры цилиндрического слоя исследуемого материала.

Линейная плотность теплового потока

(1.5)

где I, А, U, B – показания амперметра и вольтметра;

l=1.3 м – длина греющей трубы.

1.4 Охрана труда

При выполнении лабораторной работы необходимо предварительно ознакомиться и усвоить существующие в лаборатории правила техники безопасности и противопожарного режима. Кроме того, включение электропитания приборов и нагревательного участка производить только в присутствии преподавателя или лаборанта. Для безопасной работы установки необходимо строго выдерживать заданные преподавателем или лаборантом значения I и U.

1.5 Порядок выполнения лабораторной работы

Заготовить протокол испытаний, форма которого приведена в приложении; выключить питание приборов и убедиться в их исправности; включить питание источника тока и установить величину падения напряжения на опытном участке в пределах 0-3 В; по достижению установившегося теплового режима, при котором показания измерительных приборов сохраняются неизменными во времени, записать показания всех приборов в протокол; отключить нагрев опытного участка и обесточить приборы.

1.6 Указания к составлению отчета

Отчет о выполненной работе должен содержать: принципиальную схему экспериментального стенда; протокол испытаний; обработку результатов опытов, оценку погрешности определения коэффициента теплопроводности; сравнение опытных результатов с литературными данными.

1.7 Вопросы для самопроверки

1. Основной закон теплопроводности.

2. Дифференциальное уравнение теплопроводности.

3. Что такое температуропроводность?

4. Гипотеза Фурье.

5. Принцип работы лабораторной установки.

6. Объясните, чем обусловлено возникновение стационара температур? Почему установившиеся температуры разные?

7. Какие еще существуют методы изучения и , кроме исследуемого? Объясните разницу между ними.

8. Зачем в схему установки включен трансформатор?

9. Разница и для исследуемых материалов? В каких случаях наиболее целесообразно применение каждого из них?

10. Принцип работы термопары.

ПРОТОКОЛ

Определение коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала методом цилиндрического слоя

« » 20 г.

Материал	Измеряемые величины					Рассчитываемые величины
	I,А	U,В	tc1,◦С внутренняя	tc2,◦С наружная	q, Вт/м		λ, Вт/мК
песок
асбест