новая папка 1 / 302208

Для удобства расчетов составляется табл. 1.

																		Таблица 1
	1	T0			1		2	T0			2			T			4		T0
													3	0	3
				2					2

– Так как

dT

T

при 0 ,

тепловой поток излучением можно

d

определить по формуле:

q теор

T0

M c

.

с

A f

Относительная погрешность находится по формуле:

q

теор q действ

qотн.

с

с

100% .

qсдейств

Если qотн 10% , то выбранный шаг по времени достаточен. В противном случае уменьшается шаг по времени до тех пор, пока не будет удовлетворено

неравенство qотн 10% .

– После выбора шага по времени, позволяющего с требуемой точностью определить тепловой поток излучением, с помощью метода Рунге-Кутты проводятся расчеты для последующих временных интервалов до тех пор, пока

Ti

0,1 К . В этом случае температура Ti

и будет равновесной температурой.

Расчеты ведутся последовательно по следующим формулам:

i

f T

; i

f

T

i

; i f T

i

; i

f T i

;

1

i

2

i

2

1

3

i

2

2

4

i

3

T

i 2 i

2 i

i

; T

T T

;

i 1

i

.

i

6

1

2

3

4

i 1

i

i

Для удобства расчетов составляется табл. 2.

Таблица 2

i

i

Ti

1i

Ti

i

2i

Ti

i

3i

Ti 3i

4i

Ti

Ti 1

2

1

2

2

11

3. Аппроксимировать полученные методом Рунге-Кутты данные полиномом второго порядка. Приняв этот полином за уравнение разгонной характеристики, найти значение плотности теплового потока по уравнению (5)

при 0 и сравнить полученное значение плотности теплового потока qстеор с

заданным qсде. йств .

4. Сделать на основании значения относительной погрешности вывод о точности определения плотности теплового потока излучением путем описания разгонной характеристики аппроксимационным полиномом второго порядка. При значениях относительной погрешности менее 10% можно говорить о достаточно точном описании разгонной характеристики полиномом второго порядка.

Описание экспериментальной установки

На рис. 5 изображена схема установки для выполнения лабораторной работы.

Главным элементом установки является нагреваемое тело – медный датчик 4, покрытый сажей. Датчик закреплен на алюминиевой подставке 5 и

полностью открыт в сторону излучения. В качестве источника излучения использована криптоновая лампа накаливания 3. Мощность лампы можно изменять с помощью регулятора напряжения. Для усиления теплового потока, падающего на датчик, лампа накрыта параболическим отражателем 1, в котором сделаны отверстия 2 с целью ликвидации конвекционных потоков тепла. Для сведения к минимуму тепловых потерь датчик и термопара помещены в изоляционную среду 6. Для измерения температуры поверхности на приборной панели находится термопара 7, подключенная к милливольтметру 8 .

12

1		3

2

4

6

5

7

8

mV

Рис. 5. Схема установки

1 – отражатель;

2 – отверстия в отражателе;

3– лампа накаливания;

4 – медный датчик;

5 – алюминиевая пластина;

6 – базальтовая теплоизоляция;

7– термопара;

8 – милливольтметр.

13

Методика измерений

1.Получают допуск к лабораторной работе у преподавателя.

2.Фиксируют температуру окружающей среды tо.с. .

3.Включают лабораторную установку в электрическую сеть и с помощью регулятора напряжения задают мощность излучения.

4.Каждые 60 секунд записывают показания термопары в журнал наблюдений (табл. 3) до тех пор, пока значение температуры не станет постоянным.

5.После проведения опытов лабораторную установку выключают из электрической сети.

Таблица 3

Журнал наблюдений

№ опыта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
τ, с	60	120	180	240	300	360	420	480	540	600	660
t, оC

Обработка полученных данных

В данной лабораторной работе применяется калориметрический метод, который основан на измерении подводимого к телу тепла посредством снятия температурных характеристик. Разгонная характеристика строится по значениям температуры поверхности датчика, измеренным через определенный временной интервал.

После измерения значений температуры поверхности через определенные промежутки времени необходимо, используя компьютерную программу Microsoft Excel, получить уравнение аппроксимационного полинома второго порядка зависимости температуры от времени и построить его график:

14

Tпов. С2 2 С1 С0 ,

где С0 , С1 , С2 – коэффициенты при соответствующих степенях полинома.

Значение теплового потока излучением связано с наклоном касательной к данному полиному в начальный момент времени и определяется по формуле

q теор	dTпов.	0	M c	C	M с	.
с	d		A f	1	A f

Относительная погрешность находится по формуле

			q теор	q действ
qотн.			с	с		100% .
			qсдейств

На основании значения относительной погрешности делаем вывод о применимости полинома второго порядка к описанию разгонной характеристики.

Контрольные вопросы

1.Дайте определение теплового излучения.

2.Что такое плотность теплового потока и в чем она измеряется?

3.От каких факторов зависит плотность теплового потока солнечного излучения?

4.Чем обусловлены потери теплоты в данной лабораторной работе?

5.Как зависят от температуры поверхности величины тепловых потерь?

6.Дайте определение равновесной температуры тела.

7.Что такое разгонная характеристика и каковы ее свойства?

8.В чем суть метода калориметрирования?

9.Как определить плотность теплового потока при известном уравнении разгонной характеристики?

10. На чем должен быть основан вывод о применимости полученного путем обработки опытных данных полинома второго порядка для описания разгонной характеристики?

15

Библиографический список

1.Да Роза, А. Возобновляемые источники энергии. Физико-технические основы: учеб. пособие / А. Да Роза. – Долгопрудный-Москва: Издательский дом МЭИ, Издательский дом «Интеллект», 2010. – 704 с.

2.Городов, Р.В. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учеб. пособие / Р.В. Городов, В.Е. Губин, А.С. Матвеев. - 1-е изд. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 294 с.

3.Сибикин, Ю.Д. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебное пособие / Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. – М.: КноРус, 2010. – 227 с.

4.Ушаков, В.Г. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: учеб. пособие для энерг. и технол. спец. вузов / В.Г. Ушаков. – Новочеркасск, Новочерк. гос. техн. ун-т., 1994. – 120 с.

16

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА

СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторной работе

по дисциплине «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии»

Составители: Губарев Василий Яковлевич, Арзамасцев Алексей Геннадьевич

Редактор О.И. Попова
Подписано в печать	. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная.
Ризография. Объём 1,1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №		.

Издательство Липецкого государственного технического университета. Полиграфическое подразделение Издательства ЛГТУ.

398600, Липецк, ул. Московская, 30.

17