Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Загальні вимоги до проведення роботи і оформлення звітуСодержание книги
Поиск на нашем сайте ЗБІРНИК ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ з курсу “Тепломасообмін”
Миколаїв 2007 УДК 536.27:629.5
Єпіфанов О.А., Димо Б.В., Шевцов А.П. Збірник лабораторних робіт з курсу “ Тепломасообмін ”. – Миколаїв: НУК, 2007. – с.
Кафедра технічної теплофізики і суднових паровиробних установок
У збірнику наведені основні поняття, визначення і закони процесів теплопереносу, розрахункові формули і методика обробки та узагальнення дослідних даних. Подані опис та методика виконання лабораторних робіт, а також необхідні довідкові матеріали. Призначений для студентів денної та заочної форм навчання спеціальностей 7.090509 "Суднові енергетичні установки та устаткування", 7.090510 "Теплоенергетика", 7.090506 "Турбіни", 7.090520 "Холодильні машини та установки", 7.090210 "Двигуни внутрішнього згоряння". Рецензент д-р техн. наук, проф. Тимошевський Б.Г. Видавництво, 2007 Передмова Підготовка кваліфікованих кадрів інженерів-енергетиків у вищих навчальних закладах передбачає оволодіння методологічними основами експерименту у області тепломасообміну. Збірник вміщує лабораторні роботи, передбачені робочими навчальними програмами дисциплін “Тепломасообмін” та “Теоретичні основи теплотехніки”. Крім опису лабораторних робіт і методичних вказівок щодо їх виконання у збірнику наведені короткі відомості з теорії тепломасообміну, а у додатку – необхідний довідковий матеріал.
ЗАГАЛЬНІ ВИМОГИ ДО ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ І ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ Для успішного проведення лабораторної роботи студент має проробити рекомендовану літературу, вивчити основні поняття і розрахункові співвідношення відповідного розділу курсу і даного збірника. Перед виконанням роботи студент має ознайомитись з описом лабораторної установки і схемою вимірювань, методикою дослідження й обробки дослідних даних, заготовити форму протоколу для їх запису. Перед вмиканням стенда студент пред'являє всі підготовлені матеріали і відповідає на питання з його устрою і методиці дослідження. Вмикання і вимикання стенда робиться з дозволу і під спостереженням лаборанта або викладача. Звіт з лабораторної роботи починається титульним листом, що виконується відповідно до загальних вимог. Вказується кафедра, назва роботи, навчальна група, прізвище студента і дата виконання. Звіт виконується на стандартних листах паперу формату А4 із дотриманням правил ЄСКД у рукописному або машинописному виді. Для обробки дослідних даних можна використовувати комп’ютерні програми «Mathсad» та інші. Графіки виконуються на листах міліметрового паперу формату А4 або А3 із вказівкою шкал на координатних осях. Шкали наносяться в масштабі з вибором початку відліку таким чином, щоб дослідні результати займали всю площу листа. Вибір теплофізичних властивостей, застосування формул, запозичених із літературних джерел, мають супроводжуватися посиланням на літературу, список якої представляється наприкінці звіту. Умовні літерні позначення і термінологія повинні відповідати загальноприйнятим стандартам. СТАЦІОНАРНА ТЕПЛОПРОВІДНІСТЬ Лабораторна робота 1 Визначення коефіцієнтів теплопровідності твердих тіл методом плоского шару Мета роботи: вивчення одного зі стаціонарнихметодів визначення коефіцієнта теплопровідності теплоізоляційних матеріалів, ознайомлення з методикою експериментального вивчення процесів теплопровідності й обробки дослідних даних. Короткі відомості з теорії У теорії теплообміну тіла розглядаються як суцільні середовища, що наділені макроскопічними теплофізичними властивостями. До них відносять коефіцієнти теплопровідності Методи стаціонарної теплопровідності основані на законі Фур’є, згідно з яким тепловий потік
де Коефіцієнттеплопровідності
Стосовно одновимірного температурного поля плоского, циліндричного і кульового шарів при граничних умовах першого роду коефіцієнт теплопровідності можна визначити зі співвідношення де Коефіцієнт форми для необмеженого плоского і циліндричного шарів, а також для кульового шару визначається за формулами де Таким чином, для того, щоб визначити коефіцієнт теплопровідності досліджуваного матеріалу При дослідженні теплоізоляційних матеріалів, що мають низьку теплопровідність ( До недоліків метода слід віднести труднощі, пов’язані з усуненням термічного опору, що виникає у місцях контакту зразка з поверхнями нагрівника і холодильника. З метою зменшення контактного термічного опору поверхні піддають старанній обробці, а для забезпечення контакту створюють значні стискаючі зусилля. Поряд з описаним методом на практиці розповсюдження отримали методи необмеженого циліндричного шару, коли зразку надається форма труби, і кульового шару, коли зразку надається форма кульової стінки. Перший метод використовується при дослідженні теплопровідності рідин і газів, а другий – сипких матеріалів [2, 4, 5]. Порядок виконання роботи 1. Ознайомитися з експериментальною установкою, конструкцією і правилами користування приладами. 2. Перевірити наявність води, що охолоджує холодильник. 3. Включити електроживлення нагрівника й установити за допомогою автотрансформатора перше значення потужності нагрівника. 4. Після досягнення зразками стаціонарного теплового стану виміряти силу струму 4. Перейти до наступного режиму шляхом зміни потужності нагрівника. Контроль виходу установки на новий стаціонарний режим робиться аналогічно. Зміст звіту по роботі 1. Короткі відомості з теорії стаціонарної теплопровідності. 2. Принципова схема установки із зазначенням їїелементів. 3. Протокол дослідних даних. 4. Розрахунки з обробки результатів досліду. 5. Графік залежності 6. Аналітична залежність 7. Висновки. Контрольні питання 1. Який механізм теплопровідності в різних середовищах? 2. Який фізичнийзміст коефіцієнта теплопровідності? 3. Як залежить коефіцієнт теплопровідності різних середовищ від температури? 4. Порівняти за числовим значенням коефіцієнта теплопровідності здатність різних тіл проводити теплоту. 5. Які стаціонарні методи використовують для визначення коефіцієнта теплопровідності? 6. Чим можна пояснити знак "мінус" у правій частині рівняння Фур’є? Лабораторна робота 2 Короткі відомості з теорії Методи нестаціонарної теплопровідності базуються на рішеннях диференціального рівняння теплопровідності отриманих для тіл простої геометричної форми і визначених граничних умов, де Метод регулярного режиму першого родувитікає з аналізу розв’язання диференціального рівняння нестаціонарної теплопровідності (2.1) відносно температури при граничних умовах третього роду і дотриманні сталості коефіцієнта тепловіддачі У цьому випадку зміна безрозмірної температури де У початковий момент часу на температурне поле впливають усі члени ряду (2.3). Це перший період охолодження (нагрівання), який називають невпорядкованою стадією (перша стадія на рис. 2.1). На цій стадії розподіл температури у тілі головним чином визначається його початковим тепловим станом. Однак по закінченню деякого моменту часу, що визначається числом де Це друга стадія охолодження (див. рис. 2.1), при якій розподіл температури не залежить від початкового теплового стану тіла, а визначається його фізичними властивостями, геометричною формою і розмірами, а також умовами теплообміну з навколишнім середовищем. Такий тепловий стан називають регулярним режимом. З рівняння (2.4) витікає, що при регулярному режимі натуральний логарифм надлишкової температури Темп охолодження залишається постійним на ділянці регулярного режиму (не залежить від координат і часу) і може бути визначений як тангенс кута нахилу прямої (див. рис. 2.1) Розрахункові точки 1 і 2 беруться на лінійній ділянці графіка у області регулярного режиму. Після диференціювання рівняння (2.6) у часі, отримаємо
тобто темп охолодження характеризує відносну швидкість зміни надлишкової температури у часі. Темп охолодження залежить від фізичних властивостей тіла, його геометричної форми і розмірів, а також умов теплообміну на поверхні тіла. Ця залежність може бути знайдена з рівняння теплового балансу
де Якщо розділити рівняння (2.8) на де З (2.9) витікає, що темп охолодження пропорційний коефіцієнту тепловіддачі, площі поверхні тіла і обернено пропорційний повній теплоємності тіла Значення коефіцієнта
а тому умови, при яких де Регулярний режим дозволяє визначати теплофізичні властивості речовин. Зокрема, він широко використовується для визначення коефіцієнта температуропроводності Коефіцієнт К, м2, залежить від форми і розмірів тіла і може бути обчислений для тіл простої форми. Так, наприклад, для кулі радіусом Умова На практиці неможливо виконати умову У випадку, якщо Залежність (2.10) також дозволяє використати закономірності регулярного режиму першого роду для експериментального визначення коефіцієнтів тепловіддачі [2, 4, 5]. До вад методу регулярного режимуслід віднести труднощі реалізації граничних умов, прийнятих у теорії. Порядок виконання роботи 1. Ознайомитися з описом установки і переконатися в правильності складання і готовності її до дії. 2. Включити електронагрівник. 3. Нагріти акалориметр до 170... 180 °С. 4. Виключити і відвести електронагрівник від акалориметра. 5. Включити секундомір і записати температуру однієї з термопар (наприклад, усередині акалориметра). 6. Через 60 с записати температуру на поверхні акалориметра. Через кожні 60 с по черзі записувати температури відповідної термопари, вимірювання проводити до температури 70... 80 °С, тому що подальша зміна температури відбувається дуже повільно. Результати вимірювань занести до протоколу. Зміст звіту по роботі 1. Короткі відомості з теорії нестаціонарної теплопровідності. 2. Принципова схема установки з зазначенням їїелементів. 3. Протокол вимірювань. 4. Графіки залежностей 5. Обробка результатів вимірювань. 6. Зіставлення отриманих результатів із довідковими даними. 7. Висновки. Контрольні питання 1. Що таке нестаціонарний процес теплопровідності? 2. Як записується у загальному виді безрозмірне рівняння для нестаціонарного температурного поля? 3. Які критерії визначають подібність температурних полів при нестаціонарній теплопровідності? 4. Який режим називається регулярним? Як описується розподіл температур у часі при регулярному режимі? 5. Що характеризує темп охолодження, від чого він залежить і як визначається? 6. Який вид має температурне поле при 7. Які властивості тіл характеризують коефіцієнти теплопровідності і температуропровідности і від чого вони залежать?
Таблиця. Розрахунок кількості теплоти
Примітка. Ступінь чорноти кулі
КОНВЕКТИВНИЙ ТЕПЛООБМІН Лабораторна робота 3.1 Короткі відомості з теорії Під конвекцією розуміють процеси перенесення теплоти при переміщенні об’ємів рідини або газу у просторі. Конвекція завжди супроводжується теплопровідністю, і цей спільний процес називають конвективним теплообміном. Конвективний теплообмін між поверхнею твердого тіла і рідиною або газом називають тепловіддачею. За природою виникнення розрізняють два види руху – вільнийта вимушений. Вільним називають рух, який відбувається внаслідок різниці густин нагрітих і холодних частин рідини у гравітаційному полі, тобто за рахунок архімедових сил. Виникнення і інтенсивність вільного руху визначається тепловими умовами процесу і залежить від роду рідини, різниці температур, напруженості гравітаційного поля і об’єму простору, в якому відбувається процес – необмежений або обмежений (наприклад, прошарки). Вільний рух називають також природною конвекцією. Рух, що виникає під дією сторонніх збудників, наприклад, насоса, вентилятора та інших, називають вимушеним або вимушеною конвекцією. У загальному випадку вимушений рух може супроводжуватись вільним. Згідно закону Ньютона – Ріхмана тепловий потік, Вт, в процесі конвективного теплообміну пропорційний площі поверхні теплообміну Коефіцієнт пропорційності При вільному русі рідини в примежовому шарі температура рідини змінюється від Товщина нагрітого шару спочатку мала і течія рідини має струменистий, ламінарний характер (рис. 3.2). За напрямком руху товщина шару збільшується і течія рідини стає нестійкою, хвилеподібною і потім переходить у невпорядковано-вихрове, турбулентне, з відривом вихорів від стінки. Зі зміною характеру руху змінюється і тепловіддача. При ламінарному русі внаслідок збільшення товщини примежового шару коефіцієнт тепловіддачі за напрямом руху зменшується, а при турбулентному – різко зростає і потім по висоті залишається незмінним, бо разом зі зростанням товщини примежового шару збільшується інтенсивність турбулентного перенесення (див. рис. 3.2). Описана картина руху рідини уздовж вертикальної стінки характерна також і для горизонтальних труб. Основним способом розповсюдження теплоти при ламінарному русі є теплопровідність. При турбулентному режимі спостерігається сильне перемішування рідини, яке визначається осередненою швидкістю. Інтенсивність розповсюдження теплоти визначається головним чином цією швидкістю. Суттєвий вплив теплопровідності зберігається лише біля поверхні тіла, де переважають сили в’язкості. Коефіцієнт тепловіддачі є основною величиною, яка підлягає експериментальному дослідженню у процесах конвективного теплообміну. Для дослідження коефіцієнта тепловіддачі використовують методи стаціонарного теплового потоку і регулярного теплового режиму (див. лабораторну роботу №2). У методі стаціонарного теплового потоку використовують закон Ньютона – Ріхмана (див. (3.1)). Необхідно зауважити, що вираз (3.1) справедливий лише для диференціально малої ділянки поверхні,тобто оскільки коефіцієнт тепловіддачі може змінюватись по поверхні теплообміну. Індекс x вказує на місцеве значення всіх величин. У цьому випадку розрізняють місцевий (локальний) коефіцієнт тепловіддачі З (3.2) значення місцевого коефіцієнта тепловіддачі дорівнює: де Середній коефіцієнт тепловіддачі може визначатися двома різними способами. Більш обґрунтоване (дозволяє розрахувати тепловий потік) визначення середнього коефіцієнта тепловіддачі за рівнянням Ньютона – Ріхмана: де Визначається середній коефіцієнт тепловіддачі і як середньоінтегральна величина всього поля місцевих значень для даної поверхні За рівняннями (3.3) – (3.5) розраховуються коефіцієнти тепловіддачі при проведенні дослідів. При вивченні процесів конвективного теплообміну опрацювання дослідних даних робиться відповідно до теорії подібності – вчення про подібні явища. Ця теорія дозволяє виразити коефіцієнт тепловіддачі у формі залежностей – критеріальних рівнянь (рівнянь подібності), які складаються з критеріїв подібності і мають узагальнений характер, тобто можуть бути використані для цілої групи подібних явищ. Критерії подібності (числа подібності) – це безрозмірні комплекси фізичних величин, які є новими узагальненими змінними замість розмірних величин і відображають спільний вплив сукупності фізичних величин на явище. Використання узагальнених змінних дозволяє зменшити кількість необхідних експериментів, спростити обробку їх результатів, а також узагальнити дані експерименту. Структура безрозмірних комплексів – критеріїв – може бути знайдена або на основі аналізу диференціальних рівнянь, що описують явище й містять загальні зв’язки між величинами (метод теорії подібності), або на основі аналізу розмірностей фізичних величин (метод аналізу розмірностей). За фізичним змістом критерії подібності виражають співвідношення між фізичними ефектами (силами, тепловими потоками), що суттєві для явища. Критерії подібності, що складаються з фізичних величин, заданих умовами однозначності, називають визначальними, а критерії, що містять невідомі величини – визначуваними. До основних визначальних критеріїв подібності теорії теплообміну відносять критерії Рейнольдса Критерій В процесі теплообміну температура рідини змінюється, отже змінюються її фізичні властивості. Температура, за якою вибирають фізичні властивості
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
Последнее изменение этой страницы: 2020-12-09; просмотров: 136; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 216.73.216.156 (0.013 с.) |
|||||||||||||||||||||||||||||