2020-10-11
77
Лабораторная работа № 4-ТМО
Тема: «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ЧЕРЕЗ ПЛОСКУЮ СТЕНКУ»
Цель работы – определить плотность теплового потока через плоскую стенку.
Общие сведения
В основе расчета процесса теплопроводности лежит закон Фурье
где q – плотность теплового потока, Вт/м2;
l – коэффициент теплопроводности, Вт/м2;
grad t – температурный градиент, К/м.
Согласно закону Фурье, для плоской стенки при стационарном тепловом потоке зависимость (1) примет вид
где 
– температуры поверхностей 1 и 2 плоской стенки соответственно, °С;
d – толщина стенки, м.
С учетом наличия теплоотдачи от воздуха к поверхности 1 и от поверхности 2 к воздуху данная зависимость примет вид
где a1, a2 – коэффициенты теплоотдачи для поверхностей 1 и 2 соответственно.
Зависимость (3) можно также представить в следующем виде
где K – коэффициент теплопередачи, 
R – термическое сопротивление, 
R a1, R a2 – термические сопротивления теплоотдаче поверхностей 1 и 2 соответственно;
|
|
|
R l – термическое сопротивление теплопроводности.
Описание экспериментальной установки
Принципиальная схема установки приведена на рис. 1.
Рисунок 1. Принципиальная схема экспериментальной установки:
1 – нагревательный элемент; 2 – термопара для измерения температуры воздуха в коробе; 3 – термопара для измерения температуры поверхности 1; 4 – термопара для измерения температуры поверхности 2; 5 – термометр для измерения температуры окружающей среды; 6 – измеритель температуры; 7 – образец (плоская стенка); 8 – короб.
В качестве основы установки используется короб 8, на котором горизонтально расположен образец 7, используемый в качестве плоской стенки. Образец должен иметь форму параллелепипеда и иметь линейные размеры, сопоставимые с размерами короба, и при этом позволяющие установить образец на нем. Значение коэффициента теплопроводности материала образца должно быть известно.
Нижняя поверхность образца условно называется поверхность 1, верхняя – поверхность 2. Перепад температур воздуха с разных сторон стенки создается с помощью нагревателя 1, увеличивающего температуру в пространстве короба 8 под стенкой 7.
Температура воздуха под образцом измеряется с помощью термопары 2, над образцом (температура окружающей среды) – с помощью термометра 5. Температуры поверхностей стенки измеряются термопарами 3 и 4. Каждая из трех термопар подключается к измерителю температур 6.
Порядок выполнения работы:
1. Измерить линейные размеры образца: длину L, м, ширину S, м.
|
|
|
2. Измерить толщину образца d, м.
3. Расположить образец на коробе, как показано на рис. 1. Нижняя поверхность условно считается поверхностью 1, верхняя – поверхностью 2.
4. Подсоединить к образцу термопары, как показано на схеме. Включить нагревательный элемент.
5. Измерить температуру окружающего воздуха t в2, °С.
6. Подождать, пока показания измерителей температур 6 стабилизируются, после чего записать их, в частности – температуру воздуха в коробе t в1 (термопара 2), °С, температуры поверхностей стенки t с1 (термопара 3) и t с2 (термопара 4), °С.
7. Результаты измерений температур, а также результаты расчетов с использованием полученных величин занести в таблицу 1.
Таблица 1.
Результаты измерений и обработки экспериментальных данных
| № опыта | L, м | S, м | d, м | t в2, °С | t в1, °С | t с1, °С | t с2, °С | F, м2 | q, Вт/м2 | Q, Вт | a1,
| a2,
| R a1,
| R l,
| R a2,
| R,
| K,
|
| 1 | |||||||||||||||||
| 2 | |||||||||||||||||
| 3 |
