В относительных методах (главным образом, методах плоского слоя) теплопроводность испытуемого материала определяется на основе закономерности температурного поля, создаваемого в двухслойной стенке, где одна стенка – исследуемый материал, а другая стенка выполнена из эталонного материала с известной теплопроводность.
Для распределения температуры по толщине цилиндрического слоя в абсолютном методе стационарного теплового потока имеет место соотношение:
t = tc1-((tc1- tc2)/ln(d2/d1)). ln (d /d1),
где t – текущее значение температуры в изучаемом слое; tc1, tc2 – температуры внутренней нагреваемой и внешней охлаждаемой поверхностей; d1, d2 – внутренний и внешний диаметры поверхностей испытуемых материалов, м; d – текущее значение диаметра.
Для определения теплопроводности пользуются уравнением, в котором требуется измерить тепловой поток Q, проходящий через цилиндрический слой испытуемого материала и воспринимаемый окружающей средой, а также температуру на граничных поверхностях испытуемого материала и размеры последнего:
Q= (2p l λ (t1c- t2c)) / (ln ( d2/d1)) (1)
где Q – количество тепла, проходящего через слой испытуемого материала, Вт; l – длина трубы, в которой находится испытуемый материал, м; λ - коэффициент теплопроводности, Вт/(м oС); tc1, tc2 - средние температуры внутренней и внешней поверхностей испытуемого материала, C.
tc1=(tср11+ tср12+ tср13)/3, tc1=(tср21+ tср22+ tср23)/3, где tcр11 =( t1+ t3+ t5)/3, tcр21 = (t2 + t4 + t6)/3; t1, t3, t5 – температуры трех точек на внутренней поверхности материала, oС; t2, t4, t6 – температуры трех точек на внешней поверхности испытуемого материала, оС.
Решая уравнение (1) относительно l, получаем
l=((ln (d2/d1))/2p l) ( Q/(tc1- tc2)). (2)
Первый сомножитель уравнения (2) содержит постоянные величины и является константой данной установки.
МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Сыпучие материалы (кварцевый песок разных фракций, сухая глина); термопары хромель-алюмель – 6шт.; лабораторный автотрансформатор; амперметр; электронный потенциометр на шесть точек измерения.
Установка предназначена для определения теплопроводности сыпучих материалов с размерами зерна не более 2 мм. Схема установки приведена на рисунке.
Главная часть установки –калориметр- выполнен по схеме цилиндрического слоя. Калориметр собран из 2-х концентрически расположенных труб 1 и 2. Кольцевой зазор между трубами заполняется с торца испытуемым материалом 6. В центре внутренней трубы расположен электронагреватель 3. На поверхности каждой трубы размещены по три термопары хромель-алюмель 5. Температура регистрируется многоточечным автоматическим потенциометром 4 . Электрическое питание установки осуществляется от лабораторного автотрансформатора 7. Значение тока в цепи определяется амперметром 9 , значения напряжения вольтметром 6 . Установка подключается к сети переменного тока через выключатели ВК1 и ВК3; выключатель ВК2 служит для включения электронного потенциометра.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКИ
РЕЗУЛЬТАТОВ
Подготовить установку к работе. Засыпать изучаемый сыпучий материал между трубками 1 и 2, уплотнив легким постукиванием по трубке 2. Включить нагреватель выключателем ВК3, затем ВК2 и установить автотрансформатором 7 определенное значение электрического тока. Сила тока может меняться в пределах от 0,5 до 2,0 А.
Включить электронный потенциометр выключателем ВК2. По достижении установившегося теплового режима, при котором показания электронного потенциометра и амперметра сохраняются неизменными во времени, занести в таблицу показания температуры, тока и напряжения через 3 равных промежутка времени в течении 15-20 мин.
Следующие опыты проводятся при других значениях электрического тока.
Теплопроводность исследуемого материала определяют с помощью уравнения (2), в котором Q=I .U. Вычисленное значение теплопроводности относят к средней температуре `t =(tc1+tc2)/2.
Результата расчетов для разных режимов опытов следует представить в виде графика l = f(`t ).
Проводится
оценка погрешности для каждого опыта. Определяются абсолютная ошибка Dl =± (li -`l ) для каждого замера и среднеквадратичное отклонение
для каждого опыта r 2 = 1/(n-1)
(li -`l )2 , где n
– количество измерений в опыте .
Результаты опытов по определению теплопроводности сыпучих материалов
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.