1.5 Лабораторна робота №4
Експериментальне визначення тривалості нагріву заготівки.
Мета роботи: Експериментальне та теоретичне визначення тривалості нагріву заготівки циліндричної форми при умові, що . Визначення теплового стану і теплофізичних констант при нагріві тіл простої форми.
Тривалість аудиторної роботи – 6 годин.
Теоретична частина.
При розрахунках нагріву металу приходиться визначити не тільки тривалість нагріву і температури металу і печі, але й інші параметри, які характеризують процеси теплового потоку, коефіцієнти тепловіддачі і т.і.
В ціх випадках користуються слідуючими формулами:
(4.1)
де - питомий тепловий потік, ;
- приведений коефіцієнт випромінювання, ;
; ; ;
- середня температура поверхні
(4.2)
де - коефіцієнт тепловіддачі,
Теоретичний час нагріву найпростіших тіл різної форми при умові зрівняння температури по перерізу при може бути визначено по формулі:
(4.3)
де - радіус шару або циліндра,;
- густина матеріалу заготівки, ;
- питома теплоємність матеріалу при середній температурі заготівки, ;
- коефіцієнт форми тіла (для шару , для циліндру );
- середня температура заготівки на початку інтервалу, ;
- середня температура заготівки в кінці інтервалу, ;
Опис установки.
Лабораторна установка складається з камерної електропечі, яка обладнана регулятором температури і трьома термопарами типу ХА. Одна термопара призначена для контролю температури печі, а дві – для вимірювання температури поверхні і середини заготівки. Термопари для замирювання температури заготівки з’єднані з мілівольтметром через перемикач, який дозволяє по черзі вимірювати температуру поверхні та центру заготівки. В комплект установки також входить пристрій, за допомогою якого заготівка, що нагрівається, завантажується в піч.
Заготівка, яка досліджується, має вигляд стального циліндру довжиною 120 мм і діаметром 55 мм. В заготівці є свердлення для закріплення термопари біля поверхні і в центрі.
Експериментальна частина.
1. Ввімкнути піч і встановити заданий температурний режим. Вести спостереження за виходом печі на режим. Під час розігріву печі підготувати заготівку, перевірити справність вмонтованих в неї термопар, самі термопари підключити до мілівольтметру. Після того, як температура печі стабілізується на заданому рівні, в робочій простір з допомогою пристрою ввести заготівку, яка нагрівається.
2. Зразу ж після завантаження заготівки в піч, почати замір температур. Вимірювання температури проводити до тих пір, доки температура поверхні заготівки не зрівняється з температурою центра. Перші 5 вимірювань проводити через хвилину, другі 5 через 2 хвилини, послідуючі - через 5 хвилин.
3. Результати спостережень занести в таблицю №1.
Таблиця №1 – Результати вимірювань температур.
Час з початку досліду, хв |
Температура поверхні заготівки, оС |
Температура центру заготівки, оС |
Різниця температур |
0 |
20 |
20 |
0 |
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
4 |
|
|
|
5 |
|
|
|
7 |
|
|
|
9 |
|
|
|
11 |
|
|
|
... |
|
|
|
... |
|
|
|
І т.д. |
|
|
|
4. По даним таблиці на міліметрівці креслять графіки залежності (див. рис. 4). Одержаний графік розділити на чотири рівні по часу інтервали. Після цього для кожного інтервалу проводять слідуючи розрахунки:
а) визначення питомого теплового потоку.
Розрахунок ведеться по формулі (4.1), при цьому розраховують для кожного інтервалу відповідно з одержаним графіком:
Рисунок 4 – Залежність
б) Визначення коефіцієнта тепловіддачі.
Розрахунок ведеться по формулі (4.2), при цьому використовують відповідні величини та ;
в) Визначення теоретичного часу нагріву за інтервал.
Розрахунок ведеться по формулі (4.3). При розрахунках приймають густину сталі . Теплоємкість сталі залежно від середньої температури тіла за інтервал знаходять по таблиці №2.
Таблиця №2
Температура, оС |
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
Середня теплоємкість |
0,410 |
0,469 |
0,481 |
0,502 |
0,536 |
0,569 |
0,594 |
0,597 |
5. Загальнотеоретичний час нагріву визначають по формулі:
По одержаним даним строять графіки:
Зміст роботи.
-
Мета роботи.
-
Опис експериментальної установки.
-
Таблиця №1, та обробка експериментальних даних.
-
Графіки , , , , .
-
Висновки по роботі.
Контрольні запитання.
-
Як змінюється тепловий потік зі зміною температури?
-
Як змінюється коефіцієнт тепловіддачі зі зміною температури?
-
З’ясуйте причину змыни .
2. Розрахункові завдання.