Описание опытной установки

Лабораторная работа №1-ТМО

Тема: «ИЗУЧЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МЕТОДОМ ТРУБЫ»

 

Цель работы – определить коэффициент теплопроводности изоляционного материала.

 

Общие сведения

Теплопроводность представляет собой процесс распространения энергии между частицами тела, находящимися в соприкосновении и имеющими различные температуры.

В общем случае процесс передачи теплоты теплопроводностью в твердом теле сопровождается изменением температуры как в пространстве, так и во времени:

t = f (x, y, z, τ), (3.1)

где x, y, z – координаты точки, τ – время.

Эта функция определяет температурное поле в рассматриваемом теле. Температурным полем называют совокупность значений температуры в данный момент времени для всех точек изучаемого пространства, в котором протекает процесс.

Температурное поле может быть стационарным:

t = f (x, y, z, τ); (3.2)

или нестационарным:

t = f (x, y, z, τ); (3.3)

Если соединять точки тела с одинаковой температурой, то получим поверхность равных температур, называемой изотермой. Изотермные поверхности между собой никогда не пересекаются. Они либо замыкаются на себе, либо кончаются на границе тела. Предел отношения изменения температуры Dt к расстоянию между изотермами по нормали Dn (рис.4.1), когда Dn стремится к нулю, называют градиентом температуры, град/м:

(3.4)

Градиент температуры есть вектор, направленный по нормали к изотермной поверхности в сторону возрастания температуры по этому направлению.

За положительное направление градиента принимается направление возрастания температур.

Рис. 3.1

Связь между количеством теплоты dQ, Дж, проходящим через элементарную площадку dF, расположенную на изотермной поверхности, за промежуток времени dτ, и градиентом температуры устанавливается гипотезой Фурье, согласно которой

(3.5)

Количество теплоты, проходящей через единицу изотермной поверхности в единицу времени, называют плотностью теплового потока, Вт/м²;

или . (3.6)

Вектор плотности теплового потока направлен по нормали к изотермной поверхности в сторону убывания температуры. Вектор q и grad t лежат на одной прямой, но направлены в противоположные стороны.

Коэффициент пропорциональности λ, входящий в уравнение Фурье, называют коэффициентом теплопроводности. Коэффициент теплопроводности λ – физический параметр вещества, характеризующий его способность проводить теплоту. Его числовое значение определяет количество теплоты, проходящей через единицу изотермной поверхности в единицу времени, при условии, чтоградиет температуры равен единице (grad t=1). Коэффициент теплопроводности для данного материала зависит от давления и температуры.

Описание опытной установки

Коэффициент теплопроводности изоляционного материала определяют методом трубы на опытной установке (рис. 4.2). Установка состоит из цилиндрической трубы 5, длиной l=1,2м и наружным диамером d₁=36 мм. Снаружи труба обернута слоем изоляционного материала 4 (асбест) d₂=97 мм. Внутри трубы размещен электрический нагреватель 6, режим которого задается ЛАТРом 7.

Температура поверхности изоляционного материала измеряется с помощью термопар (I,II,III – термопары внутренней; IV, V, VI – наружной поверхности). Горячие спаи термопар размещаются на поверхности исследуемого материала, холодные спаи помещаются в термостат 1, температура в котором определяется по термометру 8 С помощью переключателя 2 термопары подсоединяются к милливольтметру 3.

 

		Рис. 3.2