r / R.
Решение уравнения (1) для практического использования при расчётах нагрева тел цилиндрической формы дают в виде графика функции Θ = f ( Bi, F0) . Такие графики получены для различных значений безразмерной координаты r/R. Если r/R = 0, то рассчитывается безразмерная температура центра заготовки
.
Для расчёта общего времени нагрева заготовки необходимо знать безразмерную температуру центра заготовки в конце нагрева. Она рассчитывается по формуле:
.
(8)
Если известна безразмерная температура в конце нагрева и число Био, то значение числа Фурье для конца нагрева можно найти по графику функции Θ = f ( Bi, F0). Затем из соотношения (7) легко найти теоретическое время нагрева заготовки до температуры центра tцк :
.
(9)
При отсутствии графика Θ = f ( Bi, F0) , а также при использовании ЭВМ расчёты нагрева цилиндрических заготовок можно вести по следующим формулам:
. (10)
В данной формуле имеем:
; (11)
;
(12)
,
.
Прологарифмировав выражение (10), можно найти значение числа Фурье:
. (13)
Далее по формуле (9) можно определить теоретическое время нагрева заготовки.
Если B1 < 0.25, то нагреваемое тело будет термически тонким т тогда время нагрева можно найти формуле:
, (14)
где 
– плотность материала
заготовки, кг/м3;
– средняя массовая
теплоёмкость материала,
Дж/(кг×К).
3. ОПИСАНИЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ
Основной частью установки является муфельная печь, снабжённая автоматическим регулятором температуры. Внутри рабочего пространства печи (керамического муфеля) вблизи свода в специальном трубчатом защитном чехле из жаростойкой стали установлена хромель-алюмелевая термопара, с помощью которой контролируют температуру печи.
Для лабораторных опытов используются стальные цилиндрические заготовки. Они снабжены специальными опорными ножками, позволяющими обеспечить всесторонний равномерный подвод теплового потока на боковую поверхность заготовок. Горячие образцы после нагрева в печи ставятся на специальную теплоизолированную подставку из асбоцементной плиты, под которой уложены огнеупорные кирпичи.
Каждая заготовка имеет сверление по оси для хромель-алюмелевой термопары, служащей для измерения температуры центра заготовки. Часть термопары, которая подвергается воздействию высоких температур, защищена фарфоровой соломкой. Остальная часть термопары имеет полихлорвиниловую изоляцию. Для обеспечения надежного контакта рабочего спая термопары на дне сверления с телом заготовки на стальном образце закреплен специальный прижимной хомут. Свободные концы термопары закрепляются на клеммах специальной переходной колодки, от которой соединительные провода идут к переключателю, расположенному на приборной панели лабораторной установки. Общая длина термопары достаточна для свободного перемещения опытной заготовки при посаде её в печь и выдачи её из печи.
Термопары для измерения температуры печи и центра заготовки через переключатель поочерёдно подключаются к милливольтметру, отградуированному в градусах Цельсия. Милливольтметр и переключатель располагаются на приборном щите. Включение и выключение питания электрического нагревателя печи осуществляется пакетным выключателем, расположенным на электрическом щите лабораторного стола. Схема установки показана на рис.2.
Схема исследовательской установки
1 – муфельная печь; 2 – образец; 3 – переключатель;
4 – милливольтметр; 5,6 – термопара печи и образца;
7 – дверца печи.
Рис. 2
4. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
1. Включить печь (обычно включается лаборантом до начала лабораторных занятий).
2. Дождаться выхода печи на заданный преподавателем температурный уровень (слышны щелчки пускового реле).
3. Подготовить журнал наблюдений (см. таблицу).
Таблица журнала наблюдений
|
Время от начала нагрева, мин |
Температура центра заготовки, 0С |
Температура печи,0С |
|
0 1 2 3 … |
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.