Студопедия


Авиадвигателестроения Административное право Административное право Беларусии Алгебра Архитектура Безопасность жизнедеятельности Введение в профессию «психолог» Введение в экономику культуры Высшая математика Геология Геоморфология Гидрология и гидрометрии Гидросистемы и гидромашины История Украины Культурология Культурология Логика Маркетинг Машиностроение Медицинская психология Менеджмент Металлы и сварка Методы и средства измерений электрических величин Мировая экономика Начертательная геометрия Основы экономической теории Охрана труда Пожарная тактика Процессы и структуры мышления Профессиональная психология Психология Психология менеджмента Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении Социальная психология Социально-философская проблематика Социология Статистика Теоретические основы информатики Теория автоматического регулирования Теория вероятности Транспортное право Туроператор Уголовное право Уголовный процесс Управление современным производством Физика Физические явления Философия Холодильные установки Экология Экономика История экономики Основы экономики Экономика предприятия Экономическая история Экономическая теория Экономический анализ Развитие экономики ЕС Чрезвычайные ситуации ВКонтакте Одноклассники Мой Мир Фейсбук LiveJournal Instagram

ИМПУЛЬСНЫЙ МЕТОД ПЛОСКОГО НАГРЕВАТЕЛЯ




В импульсных методах определения теплофизических характеристик использованы закономерности выравнивания температурного поля в неограниченной среде после прекращения действия источника тепла.

Рисунок – 3. Установка для измерения теплофизических

коэффициентов импульсным методом

Установка обычно состоит из исследуемого образца, нагревательного элемента и датчика температуры. Часть образца, находящаяся между нагревательным элементом и датчиком температуры, является исследуемым участком, при этом, необходимо обеспечивать хороший тепловой контакт нагре­вателя и датчика с исследуемыми образцами почвы.

Характерной особенностью любого импульсного метода является наличие максимума температуры tm исследуемой точки среды после прекращения действия источника тепла. Время tm наступления максимума и его величина зависят от теплофизических параметров среды и определяются на основе решения уравнения Фурье с известными граничными условиями.

В общем случае (при , ) взаимосвязь величин tm, х и а имеет простой вид:

(4)

где: tн – время действия нагревателя, сн – теплоемкость нагревателя, х – расстояние от нагревателя до датчика температуры.

Однако, при использовании формулы (4) для расчета коэффициента температуропроводности, невозможно выполнить условие, при котором время действия источника тепла стремится к нулю. Данную зависимость можно применить только тогда, когда время действия нагревателя τн много меньше интервала времени τm от начала процесса до появления максимума температуры в исследуемой точке образца. В этом случае, импульс тепла от нагревателя принимают "мгновенным". Уменьшение τн и увеличение расстояния от нагревателя до исследуемой точки также является необходимым условием для того, чтобы считать время действия источника тепла равным нулю.

Уменьшить τн можно при одновременном повышении мощности нагревателя. Однако это приведет к значительному увеличению температуры почвы в прилегающих к нагревателю слоях и заметному изменению ее термических свойств. Для преодоления этих трудностей предложены зависимости, учитывающие время действия нагревателя. На основе решения уравнения теплопроводности получены зависимости для расчета коэффициента температуропроводности капиллярно-пористых сред. Эти зависимости дают хорошую сходимость результатов только для больших расстояний от нагревателя. При расстояниях меньше 9,5 мм разница между полученными значениями температуропроводности достигает 50%.

На основе решения системы дифференциальных уравнений:

(5)

(6)

получена формула для определения температуропроводности с учетом времени действия нагревателя:




(7)

где: Сн, С – удельные теплоемкости нагревателя и исследуемой среды, rн, r – плотности материала нагревателя и среды, lн, l – теплопроводности нагревателя и среды, tн, t – температуры нагревателя и среды, W – удельная мощность нагревателя.

Но использование зависимости (7) возможно только для условий, когда теплоемкость нагревателя равна нулю и все тепло передается в исследуемый образец. Реальный же нагреватель всегда имеет некоторую теплоемкость, поэтому часть энергии расходуется на повышение температуры самого источника тепла. Определены условия, когда с определенной погрешностью можно пренебречь теплоемкостью нагревателя. Для выполнения этих условий нужно уменьшать до минимума теплоемкость источника тепла Сн. Однако, снижение теплоемкости приводит к тому, что количество энергии, выделяемой нагревателем, будет мало, а температура исследуемой точки образца изменится незначительно. В результате, возрастает ошибка в измерении τm, а, следовательно, и объемной теплоемкости Сr. Для увеличения температуры опять же необходимо повысить мощность нагревателя, что приведет к изменению теплофизических характеристик слоев испытуемого образца, прилегающих к нагревателю. Особенно заметен этот эффект во влажных образцах. Уменьшить проявление указанных воздействий можно путем увеличения собственной теплоемкости источника тепла Сн. Но в этом случае необходимо иметь расчетные формулы, учитывающие ее.

Зависимость для определения объемной теплоемкости капиллярно-пористых тел с учетом собственной теплоемкости нагревателя была получена А.И. Луниным (1972):



(8)

Для нахождения коэффициента температуропроводности была предложена следующая формула:

(9)

где: Q– количество теплоты, выделенное нагревателем, Si – интегральный функционал, S – площадь нагревателя, х – расстояние между датчиком температуры и нагревателем, ∆tm – разность температур между максимальной и начальной, Сн – теплоемкость нагревателя, τm – время наступления максимума, τн – время действия нагревателя.

Эти закономерности и лежат в основе импульсных методов определения теплофизических коэффициентов различных материалов. Для нахождения температуропроводности и объемной теплоемкости образца измеряется время действия нагревателя τн, максимальное изменение температуры ∆tm=tm-t0, время τm появления этого максимума на расстоянии х от источника тепла и количество энергии Q, выделенное нагревателем.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1. Подготовьте таблицу для записи результатов вычислений:

Влажность, % Тепло- физические характеристики            
Теплоемкость Cρ, 106 Дж\(м3∙К)            
Температуропроводность а,10-62/с)            
Теплопроводность λ,Вт/(м ∙К)            

2. По данным таблиц варианта, постройте графики зависимости разности температур (∆tm)от времени (τ): ∆t = f(τ), для каждой из влажностей.

3. По графикам определите температуру максимума (∆tm) и время его наступления (τm) для различной влажности почвы.

4. Рассчитайте количество теплоты, выделенное нагревателем по формуле:

5. По формуле (8), рассчитайте значения теплоемкости (Cρ) почвы для каждой из влажностей.

В расчетах принять:

6. Используя формулу (9), определите температуропроводность (а) почвы для каждой из влажностей.

7. Рассчитайте теплопроводность почвенных образцов для разных значений влажности по формуле:

8. Постройте график зависимости объемной теплоемкости (Сρ) от влажности (U): Сρ=f(U).

9. Постройте график зависимости температуропроводности (а) от влажности (U): а =f(U).

10. Постройте график зависимости теплопроводности (λ) от влажности (U): λ =f(U).

11. Сделайте вывод о зависимости теплофизических характеристик почвы от влажности.





Дата добавления: 2015-10-22; просмотров: 330; Опубликованный материал нарушает авторские права? | Защита персональных данных | ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше... 8772 - | 7156 - или читать все...

Читайте также:

 

34.204.169.76 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.


Генерация страницы за: 0.003 сек.