Министерство
образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный технический университет
ТЕПЛОМАССООБМЕН
Методические указания
к выполнению лабораторных работ 5, 6, 7
для студентов направлений 100500, 100700, 100800, 101600
Электронное издание локального распространения
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного
технического университета
Саратов 2006
Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.
Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.
Составители: Антропов Георгий Васильевич,
Андреев Дмитрий Алексеевич
Под редакцией Г.В. Антропова
РецензентЮ.Е. Николаев
410054, Саратов, ул. Политехническая, 77
Научно-техническая библиотека СГТУ
тел. 52-63-81, 52-56-01
http://lib.sstu.ru
Регистрационный номер 060261Э
© Саратовский государственный
технический университет, 2006
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА
ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
МЕТОДОМ РЕГУЛЯРНОГО РЕЖИМА
Цель работы: углубить знания по теории теплопередачи, изучить методику экспериментального определения коэффициента температуропроводности и получить навыки в проведении экспериментальных работ.
1. Основные понятия
Охлаждение, (нагревание) однородного, изотропного и равномерно нагретого тела в среде с постоянной температурой проходит в три стадии.
В первой стадии охлаждения (нагревания) распределение температуры в теле в основном определяется его начальным состоянием. Эту стадию охлаждения принято называть неупорядоченным режимом.
Во второй стадии охлаждения (нагревания) распределение температуры определяется лишь физическими свойствами, геометрической формой и размерами исследуемого тела, а также условиями теплообмена на его границе с окружающей средой. Эта стадия охлаждения называется регулярным режимом.
Третья стадия охлаждения (нагревания) соответствует стационарному режиму, когда температура во всех точках тела равна температуре окружающей среды, то есть имеет место тепловое равновесие.
Теория регулярного режима разработана Г.М.Кондратьевым. Им была установлена связь между темпом охлаждения тела m, его физическими и геометрическими свойствами, а также внешними условиями охлаждения; эта связь формулируется в виде следующих двух теорем.
П е р в а я т е о р е м а. Если коэффициент теплоотдачи не равен бесконечности, то величинаm, характеризующая скорость охлаждения тела, прямо пропорциональна, поверхности телаFи обратно пропорциональна его полной теплоемкости С
, (1)
где
- безразмерный коэффициент, характеризующий
неравномерность распределения температуры
в теле.
Уравнение (1) выражает закон сохранения энергии для системы, состоящей из охлаждающегося тела и окружающей его среды. Эта среда предполагается настолько теплоемкой, что теплота, полученная ею от тела, вызывает пренебрежимо малое повышение ее температуры, то есть процесс охлаждения протекает при температуре среды tж=const.
В т о р а я т е о р е м а. Если коэффициент теплоотдачи стремится к бесконечности, то величина mпрямо пропорциональна коэффициенту температуропроводностиa, м2/с, охлаждающегося тела
или
, (2)
где
- значениеmпри
,K– коэффициент
пропорциональности, характеризующий
геометрические размеры и форму тела.
Уравнения (1) и (2) справедливы для тел любой геометрической формы.
Скорость теплового процесса при нестационарном режиме определяется значением коэффициента температуропроводности
,
где - плотность исследуемого материала, кг/м3;- коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·К).
Коэффициент температуропроводности имеет также важное значение, как коэффициент теплопроводности Вт/(м·К) при стационарном режиме распространения теплоты.
Прежде чем изучать методику эксперимента, необходимо усвоить понятие темпа охлаждения, стадии режима охлаждения (нагревания) тел [1].