Выполнение работы
Для достижения стационарного температурного поля установку включают за 2–3 ч до проведения опытов.
Перед проведением измерений студент вместе с преподавателем знакомится с экспериментальным стендом и электроизмерительными приборами.
Опыты выполняются при заданном стационарном тепловом режиме. Для контроля стационарности теплового режима в течение опыта проводятся 5 групп измерений через каждые 5 мин. Каждая группа измерений включает измерение силы тока и падения напряжения в цепи нагревателя и термоЭДС восьми термопар. Показания амперметра, вольтметра и милливольтметра записываются в протокол наблюдений (табл. 5).
Доказательством стационарности теплового режима служит постоянство показаний температуры во времени с учетом погрешностей милливольтметра, амперметра и вольтметра.
Таблица 5
Протокол наблюдений
|
№ опыта |
I, A |
U, В |
ТермоЭДС термопар, мВ |
|||||||||
|
Внутренняя поверхность |
Наружная поверхность |
|||||||||||
|
t1 |
t2 |
t3 |
t4 |
tcр |
t5 |
t6 |
t7 |
t8 |
tcр |
|||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Средние значения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
После подписания протокола наблюдений преподавателем студент приступает к обработке результатов измерений.
Обработка результатов измерений
Студент последовательно проводит:
1) усреднение измеренных значений силы тока и падения напряжения на нагревателе и термоЭДС термопар;
2) определение величины теплового потока Q, численно равной произведению средних значений силы тока I и падения напряжения U: Q = IU;
3) определение температуры внутренней и наружной поверхностей исследуемого образца материала. Для этого по таблице градуировки термопар, приведенной на стенде в лаборатории, строит график зависимости термоЭДС от температуры. График строится в масштабе для интервала термоЭДС, измеренных в данном опыте. Далее из графика находит значения температуры на внутренней tвн.ср и наружной tн.ср поверхностях материала по средним значениям термоЭДС термопар из протокола наблюдений;
4) вычисление по формуле (18) коэффициента теплопроводности экс исследованного образца шлаковой ваты. Диаметры и длина цилиндрического слоя шлаковой ваты, необходимые для расчетов, приведены в таблице около стенда;
5) определение температуры отнесения найденного коэффициента теплопроводности шлаковой ваты по формуле
;
(19)
6) определение плотности исследованного образца шлаковой ваты по формуле
,
(20)
где М – масса образца изоляции (приведена в таблице на стенде), кг; V – объем образца, м3;
7) сопоставление найденного в опыте значения коэффициента теплопроводности шлаковой ваты экс с имеющимся в литературе значением таб (c учетом температуры отнесения и плотности исследуемого образца изоляции). Величина отклонения находится по формуле
=
.
(21)
Имеющиеся в литературе значения коэффициента теплопроводности таб некоторых видов изоляции приведены в приложении, а также в сборнике задач [4].