Визначення коефіцієнта теплопровідності ізоляційного матеріалу методом додаткової стінки

Мета роботи:	Експериментальне визначення коефіцієнта теплопровідності ізоляційних матеріалів методом додаткової стінки, поглиблення знань з теорії теплопровідності, вироблення навичок у проведенні експериментальних робіт.
Прилади та обладнання:	Експериментальна установка, термометр, годинник.

Теоретичні відомості

Явище теплопровідності полягає у тому, що передача енергії проходить шляхом безпосереднього контакту між частинками тіла. Теорія теплопровідності у загальному випадку розглядає зміну температури у різних частинах тіла залежно від часу. При цьому тіло розглядається як суцільне середовище.

При стаціонарному тепловому режимі тепловий потік згідно з законом Фур’є, вважається пропорційним градієнту температури , теплопровідної поверхні dS.

Для випадку теплопровідності плоскої стінки можна записати

,

(3.1)

де Q - тепловій потік (Вт); δ - товщина шару (м); (t₁ - t₂) - різниця температур на межах шару (⁰С); S – площа поверхні шару (м²); λ - коефіцієнт теплопровідності (Вт/м⁰С).

Коефіцієнт теплопровідності характеризує властивість тіла проводити тепло і визначається кількістю тепла, що проходить за одиницю часу через одиницю поверхні при одиничному градієнті температури.

Метод додаткової стінки при визначенні коефіцієнта теплопровідності λ полягає:

1. На ізоляцію товщиною δ, коефіцієнт теплопровідності якої потрібно визначити, накладається додатковий шар матеріалу товщиною δ₀, коефіцієнт теплопровідності якого відомий (рис.3.1), тоді, вимірявши різницю температур на границях додаткового шару (t₂ - t₃), можна визначити густину теплового потоку через додатковий шар (стінку).

Рис. 3.1. Додаткова стінка

,

(3.2)

де – коефіцієнт теплопровідності додаткової стінки, для якої використана гума; q – питомий потік тепла (Вт/м²); δ₀ = 0,02 – товщина додаткової стінки (м); t₂ - t₃ – різниця температур, виміряна за допомогою термопар.

2. Отже, визначивши величину питомого теплового потоку q, вимірявши додатково різницю температур (t₁ - t₂) на границі основного і додаткового шару, можна визначити коефіцієнт теплопровідності ізоляційного матеріалу:

,

(3.3)

де q - величина питомого теплового потоку; = 0,025 м - товщина ізоляції; t₁ - температура під ізоляцією; t₂- температура над ізоляцією.

Із рівняння (3.2) і (3.3) випливає, що для визначення ізоляційного матеріалу методом додаткової стінки достатньо виміряти перепади температур на додатковій стінці і на дослідному зразку:

,

(3.4)

де – постійна величина для даної установки.

За формулою (3.3) визначається коефіцієнт теплопровідності плоскої стінки. Ця формула дає результат з достатньою точністю для ізоляції трубки, якщо ,

де d – зовнішній діаметр труби; D – діаметр труби з ізоляцією.

Рис. 3.2.