5.4. Указания по технике безопасности
Студенты обязаны выполнять общие требования безопасности согласно Инструкции по охране труда в лаборатории C-108 «Теплотехника. Теплогазоснабжение и вентиляция. Теплотехнические измерения. Строительная теплофизика. Отопление. Теплоснабжение. Теплогенерирующие установки. Энергоснабжение. Охрана воздушного бассейна» кафедры «Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция», утвержденной 26.12.2005 года. Инструктаж по технике безопасности проводится преподавателем под роспись студента в специальном журнале по «Технике безопасности».
5.5. Методика и порядок проведения работы
Коэффициент теплопроводности исследуемого сыпучего материала определяется из общего выражения для теплового потока через цилиндрическую двухслойную стенку, состоящую из слоя материала и наружной трубы
|
|
(5.3) |
,где tвс – температура внутренней поверхности сыпучего материала (наружной поверхности внутренней трубы), ºC,
tнт – температура наружной поверхности наружной трубы, ºC;
Q – тепловой поток, проходящий через двухслойную цилиндрическую конструкцию в радиальном направлении, Вт,
c и тр – соответственно коэффициенты теплопроводности исследуемого сыпучего материала и наружной трубы, Вт/(м К).
Из выражения (1.3) искомая величина коэффициента теплопроводности сыпучего материала будет равна:
|
|
(5.4) |
.Геометрические характеристики установки (d1, d2, d3, L) – известны из описания установки (п. 5.3.), тр = 23 Вт/(м·К). Т.о. необходимо опытным путем определить только значение теплового потока и значения температур внутренней и наружной поверхности цилиндрического слоя материала.
Значение
теплового потока не сложно подсчитать
по затрачиваемой мощности электронагревателя
,
Вт.
Значения внутренних и наружных температур определяются с помощью соответствующих термопар и потенциометра, к которому они подключены. Затем полученные значения температур усредняются для наружной и внутренней поверхности соответственно.
,
ºC
и
,
ºC,
где t2, t4, t6 – показания внутренних термопар, ºC,
t1, t3, t5 – показания наружных термопар, ºC.
Полученное таким образом значение коэффициента теплопроводности следует относить к средней температуре исследуемого материала:
,
где tнс – температура наружного слоя сыпучего материала, т.е. внутренней стенки наружной трубы, определяемая по известной величине c из рассматриваемого процесса теплопроводности только через цилиндрический слой исследуемого сыпучего материала.
На основании формулы (5.2) получим
,
ºС.
Все приведенные вычисления справедливы только для стационарного (равновесного) теплового режима, когда количество тепла воспринятого внутренней поверхностью равно количеству тепла отданного наружной поверхностью. Поэтому, прежде чем снимать показания приборов, необходимо убедиться в том, что внутренние и наружные температуры с течением времени перестали меняться и остаются постоянными. Экспериментальные величины необходимо свести в таблицу 5.1.
В связи с тем, что все тепловые процессы инерционны, в данной работе для установления стационарного теплового режима требуется существенное время. Поэтому за время занятия рекомендуется провести всего два-три опыта. Данные остальных тепловых режимов установки выдаются преподавателем каждому студенту по индивидуальному варианту.
Таблица 5.1 – Экспериментальные значения рабочих параметров по результатам наблюдений
|
№ режима |
U, В |
I, А |
t1, °С |
t2, °С |
t3, °С |
t4, °С |
t5, °С |
t6, °С |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты обработки экспериментальных данных по всем режимам необходимо представить в виде таблицы 5.2 и проверить на компьютере с помощью специальной программы, разработанной в редакторе электронных таблиц Excel.
Таблица 5.2 – Результаты обработки опытных данных
|
№ режима |
U, В |
I, А |
W, Вт |
tвс, °C |
tнт, °C |
tнс, °C |
lс, Вт/(мК) |
tср, °C |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Затем
на основании проверенных расчетных
данных надо построить график функциональной
зависимости
.
Известно, что изменение коэффициента теплопроводности от температуры для подавляющего большинства материалов подчиняется линейному закону. Следовательно, вид функции имеет следующий вид:
,
где 0 – значение коэффициента теплопроводности исследуемого материала при нуле ºС; b –постоянная, численно равная тангенсу угла наклона линии изменения с к оси температуры. Величины 0 и b определяются из графика.
При возможности расчеты и построение графика также рекомендуется выполнять в Excel. Кроме того, инструменты точечной диаграммы Excel позволяют автоматически рассчитывать эмпирические коэффициенты 0 и b.
Данная лабораторная работа считается выполненной, кода студент, присутствующий на занятии и выполнивший практическую часть работы, представляет преподавателю письменный отчет выполненной лабораторной работы в полном объеме.