ТМО (к лабораторным работам № 1,2,3)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

„ РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”

Утверждено на заседании кафедры теплогазоснабжения 27 октября 2011 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ № 1,2,3 ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ И ТЕПЛОТЕХНИКИ»

Ростов-на-Дону

2011

2

УДК 697.34

Методические указания к лабораторным работам № 1,2,3 по дисциплине «Основы гидравлики и теплотехники». – Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2011. - 20 с.

Приводится описание конструкций опытных установок, методика проведения лабораторных работ и обработки опытных данных при определении коэффициентов теплопроводности и теплоотдачи, степени черноты исследуемого тела.

Предназначены для выполнения лабораторных работ студентами очной и заочной форм обучения по направлению подготовки «Строительство», профили «Промышленное и гражданское строительство», «Водоснабжение и водоотведение».

Библ. 3 назв.

Составитель: д-р. техн. наук, проф. В.В. Иванов канд. техн. наук, доц. В.В. Василенко канд. техн. наук, доц. И.Л. Дунин

канд. техн. наук, доц. А.Л. Тихомиров канд. техн. наук, доц. Н.В. Букаров

Рецензент: канд. техн. наук, доц. Г.М. Кравченко

Редактор Т.М. Климчук Темплан 2011 г., поз.

Подписано в печать Формат 60х84/16. Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд. л. Тираж 50 экз. Заказ

Редакционно-издательский центр Ростовского государственного строительного университета

344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162 © Ростовский государственный

строительный университет, 2011

3

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Первичное напряжение, на клеммы автотрансформаторов – 220 В, вторичное 0-250 В. Ток-20 А.

Температура цилиндрических поверхностей установок в стационарном режиме 70-150° С.

Перед выполнением работ внимательно ознакомьтесь с конструкцией установок, а также с предупреждающими плакатами и надписями, относящимися к данным работам.

СТРОГО ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

-снимать ограждающие конструкции автотрансформаторов;

-прикасаться к клеммам нагревательных элементов;

-прикасаться к цилиндрическим поверхностям установок;

-производить самостоятельное изменение режима работы установок;

-включать осветительные и силовые рубильники;

-оставлять без наблюдения схему, находящуюся под напряжением.

Выполняйте только ту работу, которая вам поручена. Останавливайте нарушающих правила техники безопасности.

При возникновении аварии или несчастного случая соблюдайте порядок, не допускайте паники. Примите меры к ликвидации последствий аварии согласно «инструкции № 101».

4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 «ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: углубление знаний по курсу «Основы гидравлики и теплотехники» путем изучения методики проведения опыта и экспериментального определения коэффициента теплопроводности материала.

ЗАДАНИЕ:

-провести эксперимент по определению коэффициента теплопроводности на опытной установке; - составить отчет, ответить письменно на контрольные вопросы.

ОПИСАНИЕ ОПЫТНОЙ УСТАНОВКИ

5

Цилиндрический слой исследуемого материала (7) помещен между двумя коаксиальными металлическими трубами.

Внутри трубы (8) помещен электрический нагреватель (9), потребляемая мощность которого регулируется с помощью автотрансформатора (10).

Величина мощности рассчитывается по показаниям вольтметра и амперметра. Температура исследуемого материала измеряется медьконстантановыми термопарами. Три термопары (1,2,3) заложены на внутренней поверхности, три (4,5,6) – на наружной поверхности теплоизоляционного слоя.

«Холодный» спай термопар помещен в сосуд Дьюара (14). Термопары поочередно подключаются к потенциометру (13) с помощью переключателя (15).

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА Установка включается в сеть заблаговременно лаборантским составом

для выхода на стационарный режим. Режим считается установившимся после того, как показания термопар остаются неизменными во времени.

После ознакомления с конструкцией опытной установки и методикой проведения эксперимента необходимо сообщить преподавателю о своей готовности выполнять работу.

Пользуясь переключателем термопар снимаем поочередно показания всех термопар с помощью потенциометра. Серию замеров необходимо проводить через 5-7 минут. Общее количество замеров должно быть не менее трех.

Коэффициент теплопроводности исследуемого материала вычисляется по формуле:

			Q ×ln	d2
		l =		d1
						, Вт/м·град,
			2pl(t1 − t2 )
где Q –		мощность потребляемая нагревателем, Вт,
d1	–	диаметр внутренней трубы (d1=43 мм),
d2	–	диаметр внешней трубы (d2=92 мм),

6

l – длина трубы (l=1,6 м),

t1 – температура на внутренней поверхности исследуемого материала, °C, t2 – температура на внешней поверхности исследуемого материала, °C.

Для нахождения температур t1 и t2 необходимо усреднить их значения из последних трех замеров.

ТАБЛИЦА ИЗМЕРЕНИЙ

№

Q

Показания термопар

заме-

Вт

Внутренняя поверхность

Наружная поверхность

ров

1

2

3

4

5

6

мВ

°C

мВ

°C

мВ

°C

мВ

°C

мВ

°C

мВ

°C

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Назовите основной закон теплопроводности.

2.Какие разновидности температурного поля вы знаете?

3.Напишите дифференциальное уравнения теплопроводности. Какие виды граничных условий вы знаете?

4.От чего зависит коэффициент теплопроводности?

5.Какие материалы называются теплоизоляционными.

ЛИТЕРАТУРА

1.Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энер-

гия. 1981. с. 24-58.

2.Осипова В.А. Экспериментальное определение процессов теплообмена.

-М.: Энергия. 1964. с.12-18

7

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 «ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ

ПРИ СВОБОДНОМ ДВИЖЕНИИ ВОЗДУХА»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: углубление знаний по курсу «Основы гидравлики и теплотехники» путем изучения методики проведения опыта и экспериментального определения коэффициента теплоотдачи на опытной установке.

ЗАДАНИЕ:

-провести эксперимент по определению коэффициента теплоотдачи на опытной установке; - составить отчет, ответить письменно на контрольные вопросы.

ОПИСАНИЕ ОПЫТНОЙ УСТАНОВКИ

8

Внутри трубы (5) помещен электрический нагреватель (6), потребляемая мощность которого регулируется автотрансформатором (7). Ток измеряется амперметром (8), напряжение – вольтметром (9). Температура поверхности трубы измеряется термопарами (1,2,3,4) с помощью потенциометра (12), «холодный» спай которых помещен в сосуд Дьюара (10).

Общее количество Q, выделяемое нагревателем при стационарном режиме, отдается с поверхности и торцов трубы конвекцией и лучеиспусканием. Чтобы исключить влияние теплоотдачи торцов трубы, на ней выделен рабочий участок l1, достаточно удаленный от торцов. Так как нагреватель представляет собой спираль, навитую с постоянным шагом, то количество тепла, выделяемое на единицу длины нагревателя постоянно по всей его длине и пропорционально длине участка навивки.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА

После ознакомления с конструкцией опытной установки и методикой проведения эксперимента необходимо сообщить преподавателю о своей готовности выполнять работу.

Пользуясь переключателем (11) поочередно включаем в измерительную цепь термопары (1,2,3,4) и с помощью потенциометра (12) измеряем э.д.с.

Замеры необходимо производить после установления стационарного режима. Серию замеров необходимо проводить через 5-7 минут. Величина мощности рассчитывается по показаниям вольтметра и амперметра.

Для расчета следует брать средние значения термопар из четырех заме-

ров.

Если необходимо изменить режим работы установки, то с помощью автотрансформатора изменяем ток и напряжение, подаваемое на клеммы нагревателя. После изменения теплового режима необходимо убедиться, что установка работает в стационарном режиме.

9

Данные замеров сводим в таблицу 1.

d – диаметр трубы (d =50мм), l – длина трубы (l=1,6 м),

l1 – рабочая длина трубы (l=1,0 м).

							Таблица 1.
№	Величины				Замеры
п/п
			1	2		3		4
1	Показания термопар,	1
	мВ.
		2
		3
		4
2	Температура среды, t1,
	°C.
3	Потребляемая нагре-
	вателем мощность, Q,
	Вт.

Дальнейшие вычисления сводим в таблицу 2.

		Таблица 2.
Величины	Формула	Режимы
Температуры, °C.	По таблицам
	t1
	t2
	t3
	t4

10

Средняя

температура

t ср= ( t1+ t2+ t3+ t4)/4

поверхности, °C.

Тепловой

поток рабо-

Q =

l

Q, Вт

чей поверхности.

1

l1

Площадь

рабочей по-

S = π·d·l, м2

верхности.

Тепловой

поток излу-

T

4

Tf

4

Q

= 5,7 × ε × S

w

-

,

л

чения.

100

100

Вт

Тепловой поток тепло-

Qк= Q1 - Qл, Вт

отдачи.

Коэффициент теплоот-

Qk

2

дачи.

α =

S × (tw - t f

)

,

Вт/(м

·°

С)

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Опишите особенности теплопереноса конвекцией.

2.Сформулируйте основной закон теплоотдачи.

3.От чего зависит коэффициент теплоотдачи?

4.В чем смысл теории подобия?

5.Назовите основные числа подобия.

ЛИТЕРАТУРА

3.Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энер-

гия. 1981. с. 108-154.

4.Осипова В.А. Экспериментальное определение процессов теплообмена. -М.: Энергия. 1964. с. 18-27.