Используемая в эксперименте установка (рис. 1 и 2) состоит из корпуса (1) монтажными стойками (9), удерживающими механизм (10). Нагреватель (3), установленный на теплоизолирующем материале (2) подключается к автоматическому трансформатору (11). К нагревателю сверху плотно прижимается последовательно испытуемый образец с известной теплопроводностью (4), диск с термопарой (5) и испытываемый материал(6). Термопара Т1 закреплена на корпусе нагревателя снизу, Т2 – сверху диска, Т3 –снизу диска радиатора. Напряжение на автотрансформаторе (ЛАТР) отображается на его стрелочном приборе, а также может фиксироваться программой.
Рисунок 1 – Схема экспериментальной установки
1 – корпус, 2 – теплоизолирующий материал, 3 – нагреватель, 4 –
испытываемый образец с известной теплопроводности, 5 –диск с термопарой,
6 –испытываемый образец, 7 – радиатор, 8 – вентилятор, 9 – стойка монтажная, 10 – прижимная пластина, 11 – ЛАТР.
Рисунок 2 – Фотография лабораторного стенда
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.
Порядок выполнения
1. Изучить методические указания, заготовить форму отчета о проведенной работе, в которую внести название и цель работы, основные сведения об изучаемых процессах, схему экспериментальной установки, готовую таблицу 1 для записи результатов измерений и вычислений.
2. Убедиться, что лабораторный стенд обесточен.
3. Открутить «барашки» прижимной пластины и аккуратно приподнять её.
Важно!
Нельзя сгибать, закручивать и тянуть термопары. Термопары должна находиться без натяжения. Испытуемый материал должен иметь канавки для термопар.
4. Выдвинуть корпус с образцами, не задевая термопару, находящуюся на дне диска радиатора.
5. Аккуратно не двигая нижнюю термопару вынуть испытуемый материал.
6. Установить нужный материал, обращая внимание на то, что канавка материала должны совпадать с термопарой.
7. Обратно поставить корпус с образцами, и опустите прижимную пластину, следя за тем, чтобы канавка в материале совпадала с термопарой.
8. Зафиксировать пластину «барашками».
9. Включить компьютер, подключиться к измерительной системе.
10. Вывести на экран лицевую панель лабораторной работы «Теплопроводность изоляционных материалов» (рис. 3).
11. На лицевой панели внесите название сохраняемого файла и запустите программу кнопкой «Пуск».
12. Включить ЛАТР клавишей «ВК1», вывести напряжение до 20 В.
13. Наблюдать в течение 10-15 минут изменения показаний датчиков температуры Т1 – Т4 на цифровых индикаторах и многоканальном
осциллографе на лицевой панели компьютерной системы измерения.
14. Дождаться установления температуры (стационарный режим) и перенести в таблицу 1 температуры и рассчитанную выделяемую мощность.
Рисунок 3 – Лицевая панель программы
15. Далее перевести напряжение автотрансформатора последовательно в 30 В, затем в 40 В и повторить пункты 5, 6.
16. Произвести вычисления согласно разделу «Обработка результатов».
17. Построить график l ( t ) для трех режимов, где t = tх + tг.
18. Определить по таблицам теплопроводности материал исследуемого образца.
19. Ответить на контрольные вопросы и сделать самостоятельные выводы по лабораторной работе.
Обработка результатов
1. | Коэффициент формы образца | d | ||||||
K = | , (м-1) | |||||||
2 × F | p × d 2 | |||||||
где F – площадь поверхности образца, | ||||||||
F | = | , м; | ||||||
d - толщина образца, м. | ||||||||
2. | Тепловой поток от нагревателя |
Q = U 2,Вт
R
где U – напряжение, подаваемое на нагреватель определяется по показаниям вольтметра, установленного в ЛАТР, В
R – сопротивление нагревателя, R=142 Ом
3. Для каждого режима посчитать коэффициент теплопроводности:
l = K × | Q | æ | Вт ö | |
ç | ÷ | |||
t г - tх ,è | м × К ø |
где t г, tх -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.
Таблица 1. Параметры процесса
№№ | F, м2 | Q, Вт | tг, К | tх, К | , К | l, Вт/(м*К) | |||
Контрольные вопросы:
1. Что входит в полную математическую постановку задачи нестационарной теплопроводности?
2. Запишите разностный аналог второй производной температуры от линейной координаты.
3. По какому закону изменяется температура по времени при регулярном нагревания стержня?
4. У каких материалов стационарный режим наступает быстрее?
5. Какие обобщенные координаты используются для универсального описания нестационарной теплопроводности?