ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Вятский государственный университет

Электротехнический факультет

Кафедра теплотехники и гидравлики

И.В. Шестаков, Ю.В. Анферов

Определение

коэффициента теплопроводности

сыпучих материалов методом трубы

Лабораторная работа № 3

Дисциплина «Техническая термодинамика.

Теоретические основы теплотехники»

Специальности ЭС; ЭПП; ММД; ПТЭ; ЭСС; МЭП; СП

Киров, 2010

УДК 658.26.075

Ш 51

Р е ц е н з е н т: заведующий кафедрой физики Л.Т. Гребенщиков

Шестаков И.В., Анферов Ю.В. Определение коэффициента теплопроводности сыпучих материалов методом трубы: Лабораторная работа № 3. – Киров: Изд-во ВятГУ, 2010. – 14 с.

Компьютерная верстка

Подписано в печать Усл.печ.л. 0,8

Бумага офсетная. Печать матричная.

Заказ № Бесплатно.

Текст напечатан с оригинал-макета, представленного автором.

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

610601, г. Киров, ул. Московская, 36.

Ó Вятский государственный университет, 2010

Ó И.В. Шестаков, 2010

Цель работы

Закрепить знания студентов по основному закону теплопроводности. Изучить методику экспериментального определения коэффициента теплопроводности твердых тел методом стационарного режима. Научить студентов элементарным приемам проведения теплотехнического эксперимента.

Задание

1. Определить значение коэффициента теплопроводности и установить его зависимость от температуры.

2. Обработать результаты опытов.

3. Составить отчет по выполненной работе и сделать выводы.

Основные теоретические положения

Процесс теплопроводности непрерывно связан с распределением температур внутри тела.

Под температурным полем понимается совокупность мгновенных значений температур во всех точках изучаемого пространства.

Температура t различных точек тела определяется координатами x; y; z и временем , то есть .

Температурное поле, которое изменяется во времени называется неустановившимся (нестационарным), а если не меняется – установившимся (стационарным).

Температура может быть функцией одной, двух и трех координат. Соответственно этому и температурное поле называется одно-, двух- и трехмерным.

Стационарное одномерное поле: .

При любом температурном поле в теле всегда имеются точки с одинаковой температурой.

Геометрическое место точек с одинаковой температурой образуют изотермическую поверхность. Такие поверхности могут быть замкнуты внутри тела или выходить за границы его, но не могут пресекаться друг с другом (рис. 1;2).

По расположению изотерм можно оценить интенсивность изменения температуры в различных направлениях. Чем чаще расположены изотермы, тем интенсивнее изменяется температура.

В ыделим вблизи точки А тела две изотермы с разностью температур и расстоянием по нормали между ними (рис. 3).

Отношение – характеризует интенсивность изменения температуры между изотермами. Предел отношения изменения температуры к расстоянию между изотермами называется градиентом температур и обозначается

– это векторная величина, направленная по нормали к изотерме в сторону увеличения температуры, К/м.

Интенсивность изменения температуры в направлении оси X, определяется пределом отношения при , то есть проекцией температурного градиента на это направление т.к.

.

Поэтому интенсивность изменения температуры вдоль осей координат определяется проекциями температурного градиента на эти оси, то есть производными

Теплота самопроизвольно переносится только в сторону убывания температуры.

Количество теплоты, передаваемое через какую-либо изотермическую поверхность в единицу времени, называется тепловым потоком – Q (Вт).

Тепловой поток, отнесенный к единице площади изотермической поверхности, называется плотностью теплового потока – , Вт/м².

Плотность теплового потока – векторная величина, направление которой совпадает с направлением распространения теплоты в данной точке и противоположно направлению вектора температурного градиента (рис. 4).

Согласно закону Фурье плотность теплового потока проходящего через тело, пропорциональна градиенту температуры:

Вт/м² (1)

К оэффициент теплопроводности представляет собой количество тепла, проходящее за единицу времени через 1 м² стенки при толщине ее в один метр и при разности температур на гранях стенки в один кельвин. Он, являясь теплофизической константой материала, характеризует способность тела проводить тепло.

Коэффициент теплопроводности, как и все физические константы, изменяется с изменением давления и температуры. Значение коэффициента теплопроводности при данной температуре и законы его изменения с температурой и давлением можно найти только опытным путем. У дисперсных и пористых материалов коэффициент теплопроводности зависит еще от пористости и влажности.

Для большинства материалов зависимость коэффициента теплопроводности от температуры линейна

где

– коэффициент теплопроводности при 0⁰С.

b – постоянная величина определяется опытным путем.

Для газов с повышением температуры коэффициент теплопроводности возрастает.

Для капельных жидкостей (за исключением воды и глицерина) при повышении температуры убывает.

Для большинства металлов с увеличением температуры падает, а для сплавов – растет.

Для строительных и теплоизоляционных материалов возрастает.