Министерство образования Российской Федерации
АРХАНГЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Исследование нагрева образца в камерной печи с постоянной температурой.
Выполнили: студенты ПЭ IV-1
Проверил:
Архангельск
2000
1.Теоретические сведения.
При нестационарном тепловом состоянии температура тела изменяется во времени. В твердых телах передача теплоты осуществляется теплопроводностью. Для любой точки тела изменение температуры в декартовой системе координат можно записать в виде:
Т – температура, К;
t-время процесса, с;
a-коэффициент температуропроводности, м2/с;
x,y,z – коорд. Декартовой системы;
Ñ2 - дифференциальный оператор Лапласа.
Решение ур-я (1) совместно с начальными условиями позволило получить в безразмерном виде температурный критерий:
где
x – расстояние от центра до данной точки тела, м;
l – характерный размер тела;
Bi – критерий Био;
acp -средний коэффициент теплоотдачи от окружающей среды к поверхности образца за период нагрева;
R – радиус цилиндрического тела;
l- средний коэффициент теплопроводности материала образца;
Fo – критерий Фурье.
Для
цилиндра радиусом R, имеющегося в начальный момент времени одинаковую по
сечению температуру T1 и нагреваемому
в печи с постоянной температурой Тпечи=const , решение уравнения теплопроводности с использованием
теории подобия позволило получить относительные, избыточные температуры для
поверхности (
) и центра (
) как функции Bi и Fo,
на основании которых можно рассчитать температуры поверхности и центра
цилиндрического тела для любого момента времени:
где
Тп,Тц – температуры поверхности и центра нагреваемого образца(садки), соответственно, К.
Принимая во внимание, что высокотемпературной печи теплота восномном передается за счет излучения внутренней поверхности печи, коф. теплоотдачи (acp) для одиночного образца можно определить по формуле
acp =0.5*aн +aк
где
aн,aк -коэффициент теплоотдачи определяемой по начальной и конечной температуре образца соответственно, Вт/(м2К)
Приведенный коэффициент излучения:
где
Тп.к, Тп – температуры поверхности образца начальная и в данный момент времени соответственно ,К.
- степень черноты образца при средней температуре
поверхности образца Тср за весь период нагрева.
- отношение площади поверхности образца (FM) к площади общей поверхности
кладки печи (Fкл) и образца (FM),
-отношение площади поверхности кладки к общей площади
поверхности кладки печи и образца.
Зависимости (5), (6) справедливы для случая, когда отсутствует принудительное движение газов, т.е. конвективный коэффициент теплоотдачи мал и им пренебрегают.
2.Описание экспериментальной установки
Камерная лабораторная электропечь сопротивление СНОЛ-1,6.2,5.1/9-ИЗ УХЛ4.2 предназначена для проведения термической обработки материалов и аналитических работ в стационарных условиях.
Она состоит из мет. корпуса 1 в верхней части которого смонтирована рабочая камера, в нижней части тира пусковая и контрольно-регулирующая аппаратура. Рабочее пространство печи образовано разъемными огнеупорными фасонами. Пространство между фасонами и корпусом заполнено теплоизоляцией 2. В пазах боковых фасонов 11, и нижнем 4 установлены 4-е спиральных нагревателя соединенных последовательно. Загрузка печи производится через проем закрываемой дверцей 14. Садка устанавливается на под 10.Контроль и регулирование т-ры осуществляется прибором 9. Работающим совместно с термопреобразователем 13 установленным в нагревательной камере. На передней панели печи находится сиги. лампа предохранитель и тумблер для включения.
Рис.1. Схема лабораторной установки по исследованию нагрева образца в электропечи с постоянной температурой
3. Принципиальная электрическая схема печи.
Эл-кая схема печи рис.2 состоит их магнитного пускателя 2-11, предназначенного для включения электроспирали, лампы Л сигнализируют о вкл. электронагревателей; термопреобразователя для замера т-ры печи; электронного регулятора т-ры Р; микро выключателя В2 для откл. нагревателей в момент открытия дверцы; предохранителя Пр для защиты от КЗ; выключателя В1 для вкл. и откл. печи. Кроме того, на схеме показана обмотка l магнитного пускателя и контакт К1 электр. регулятора т-ры. При вкл. печи напряжение подается на обмотку l магнитного пускателя 2-11, электроконтакт К1 электронного регулятора т-р, микровыключатель В2 загрузочной дверцы и предохранитель Пр. В случае закрытой загрузочной дверцы и замкн. К1 (т-ра в печи ниже заданной) срабатывает магн. пускатель 2-11. Магн. пускатель подает напряжение на эл. спирали печи, при этом загорается лампа Л. При достижение заданной т-ры К1 размыкается и напряжение на обмотке l снимается. Магн. пускатель откл. спирали.
рис2. Принципиальная схема лабораторной электропечи.
4.Эксперементальное определение температур
центра и поверхности образца.
Для измерения температур поверхности и центра образца используется термоэлектрический термометр, состоящий из хромель-алюмелевых термопар 15 и электронного потенциометра 16. Схема расположения рабочих спаев термопар в образце и соотв. им точки печатающего устройства потенциометра показаны на рис.3. Также предусмотрена возможность измерения температур поверхности о центра при помощи двух переносных потенциометров.
рис3.Схема замера температур цилиндрического образца.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.