- •Фгбоу впо «Воронежский государственный технический университет» Кафедра самолетостроения
- •Методы измерения температур. Изготовление и тарировка термопары
- •2.1. Введение
- •2.2. Задание по работе и последовательность её выполнения
- •Форма протокола испытаний
- •3. Лабораторная работа № 2
- •4. Лабораторная работа № 3
- •5. Лабораторная работа № 4
- •5.3. Задание по работе и последовательность её выполнения
- •Форма протокола испытаний
- •Компьютерное моделирование процессов интенсивного нагрева (охлаждения) пластины
- •Методические указания
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
5.3. Задание по работе и последовательность её выполнения
Собрать лабораторную установку в соответствии со схемой;
Поместить холодные спаи термопар в сосуд Дьюара с таящим льдом;
Включить нагреватель;
Производя измерения показаний одной из термопар через каждые 5 минут дождаться выхода установки на стационарный режим (при этом значение термоЭДС термопары должно перестать увеличиваться);
Снять отсчет с показаний всех термопар. Результаты занести в протокол;
Таблица 5.1
Форма протокола испытаний
Материал образца ________________
Номер опыта |
Напряжение на нагревателе (В) |
Ток через нагреватель (а) |
Показания первой термопары (мВ) |
Показания второй термопары (мВ) |
Показания третьей термопары (мВ) |
(К) |
(К) |
(К) |
Коэффициент теплопроводности (Вт/м К) |
Примечание |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изменяя мощность нагревателя, произвести опыт повторно;
Выключить нагреватель и (после остывания) разобрать установку;
По формуле 5.1 вычислить значение коэффициента теплопроводности материала и сравнить его со справочным [5];
Составить отчет по работе и сделать выводы, в которых отразить величину фактической погрешности определения теплопроводности.
6. Лабораторная работа № 5
Компьютерное моделирование процессов интенсивного нагрева (охлаждения) пластины
6.1. Общие указания по выполнению работы
Цель работы. Исследовать влияние параметров пластины на процесс её интенсивного нагрева и охлаждения.
6.1.2. Содержание работы и особенности её выполнения
В процессе выполнения лабораторной работы производится ознакомление с методикой компьютерного моделирования процесса нестационарной теплопроводности в пластине, проведение численного эксперимента и сравнение полученных результатов с теоретическими [3, 4].
Для выполнения работы необходимо следующее оборудование, приборы и инструмент: ЭВМ и программа для расчета температурных полей в пластине при граничных условиях первого рода.
6.2. Задание для самостоятельной проработки и методические указания по его выполнению
Изучить решение нестационарной задачи теплопроводности при различных граничных условиях по конспекту лекций и рекомендованной учебной литературе [6]. Обратить особое внимание на случай больших значений коэффициента теплоотдачи, который при приводит к граничным условиям первого рода, то есть к равенству температуры окружающей среды и температуры стенки пластины. Следовательно, математическая постановка задачи будет иметь вид
, (6.1)
а ее решение -
г де - безразмерная координата, - время (с), - толщина пластины (м), - коэффициент температуропроводности (м2/с), - число Фурье, и - температуры граней пластины (рисунок 6.1).
Рис. 6.1. Схема пластины
Выполнение самостоятельной работы производится в лабораториях кафедры самолетостроения или в библиотеке. В заготовку отчета по работе следует включить схему пластины (рис. 6.1), расчетную формулу (6.2) и заготовку протокола вычислений (табл. 6.1), в которой должно быть предусмотрено 10 строк.
6.3. Вопросы к самостоятельной работе
Почему температура стенок пластины при интенсивном охлаждении или нагревании быстро достигает значения температуры окружающей среды?
Какими критериями подобия характеризуется процесс охлаждения твердого тела и их физический смысл?
Как определить полное время нагрева или охлаждения тела?
Как влияет величина исходной разности температур между пластиной и окружающей средой на продолжительность нагрева?
6.4. Лабораторные задания и методические указания по их выполнению
Задание первое. Получить допуск к выполнению лабораторной работы
Задание второе. Изучить влияние исходных условий на протекание процесса нагрева пластины.
Для этого следует выбрать из справочника (табл.5.2.) теплофизические свойства трех разных пластин и последовательно ввести исходные данные в программу расчета теплопроводности. Толщину пластины и условия нагрева задавать одинаковыми, например, = 0,3м, =20С, =100С, = 200С.
Полученные результаты занести в протокол и построить по ним графики нагрева пластин.
Таблица 6.1
Протокол измерений
Координата |
Температура в момент времени |
|||
Fo=0.005 |
Fo=0.05 |
Fo=0.5 |
Fo=5 |
|
0,01 |
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
0.3 |
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
0.5 |
|
|
|
|
0.6 |
|
|
|
|
0.7 |
|
|
|
|
0.8 |
|
|
|
|
0.9 |
|
|
|
|
0.99 |
|
|
|
|
Таблица 6.2
Свойства некоторых материалов
Материал |
Плотность кг/куб.м. |
Теплоемкость Дж/кг*К |
Теплопроводность Вт/м*К |
Сталь20 |
7820 |
425 |
46,5 |
Сталь 12Х18Н10Т |
7900 |
450 |
15 |
Сплав АМц |
2730 |
879 |
150 |
АК6 |
2750 |
940 |
230 |
Латунь Л63 |
8430 |
391 |
108 |
Мрамор |
2800 |
921 |
1,303 |
Резина |
1200 |
1382 |
0,157 |
6.4.3. Задание третье. Составить отчет по работе и сдать зачет преподавателю
Отчет завершается сравнением экспериментальных результатов с теоретическими [5] и краткими выводами по работе.
Библиографический список
Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. М., 1985. 304 с.
Справочник технолога-машиностроителя. Т.2. М., 1986. 496с.
Займан Д. Принципы теории твердого тела. М.: Мир, 1974.
Рейсленд Д. Физика фононов. М.: Мир, 1975.
Теплопроводность твердых тел. Справочник. Под ред. А.С.Охотина. М.: Энергоатомиздат, 1984.
Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977. 344с