Экспериментальные методы исследования тепловых явлений

а) метод калориметрирования

Измеряют температуру воды в калориметре до начала эксперимента и в конце, а также массу стружки и из уравнения теплового баланса для калориметра, зная теплоемкость воды и стружки, находят среднюю температуру стружки.

Например, для определения температуры стружки в процессе точения измеряют: G_с – масса стружки, G_в – масса воды, С_с – теплоемкость стружки, t_н – начальная температура воды, t_к – конечная температура воды, С_с – теплоемкость воды.

Рис. 37. Схема калориметрирования процесса точения

Затем вычисляют

(t_c-t_k)G_cC_c=(t_k-t_н)G_вС_в

t_c=t_k+((t_k-t_н)G_вC_в)/G_cC_c

Аналогично можно калориметрировать и деталь, и инструмент. Так исследуется распределение количеств тепла.

Приходная часть уравнения теплового баланса Q_I+Q_II+Q_III с точностью ~0.5% равна мощности резания.

Методы измерения температур в зоне резания

Измерения проводят с помощью термопары.

Рис. 38. Схема измерения температуры: I - обрабатываемая деталь; 2 - резец; 3 - хромель; 4 - термостатированные холодные спаи; 5 - медные выводные провода; 6 - милливольтметр; 7 - копель

По величине термоЭДС термопары судят о разности температур. В резце сверлят отверстие и устанавливают термопару как можно ближе к зоне максимальных тепловыделений, и здесь производят измерение температур. Этим достигается высокая точность.

Для инженерных целей принято считать, что при обработке металлов резанием выделяется тепло, нагревающее режущий инструмент, деталь и стружку. Общее количество выделяющегося тепла зависит от силы резания и скорости резания и с достаточной для практических целей точностью может быть определено по формуле

где - сила резания, н;

- скорость резания, м/с.

Зависимость температуры резания от элементов процесса резания представляется в виде

, где Т - температура, °С;

Т₀ - температура окружающей среды, °С; = Т -To - избыточная температура, °С; - скорость резания, м/с; - глубина резания, мм; - подача, мм/об;

С, x , y, z - постоянные, зависящие от материала заготовки, материала рабочей части резца, геометрии инструмента.

Например, при точении стали:

t=C_Θv^0.4s^0.24t^0.1(sinµ)^0.26…(^oC)

C_Θ – зависит от марки стали, от диаметра заготовки, от площади поперечного сечения резца и т.д. Условий достаточно много.

Поэтому рассматриваются зависимости, что вполне достаточно для выработки рекомендаций по управлению тепловым режимом процесса резания..

Заключение

Данное учебное пособие содержит описание наиболее важных разделов курса «Теплообмен в авиационных конструкциях», способствующих наиболее правильному пониманию его специфики, методов и результатов. Все это позволяет использовать пособие как для непосредственного изучения дисциплины, так и в дальнейшем при выполнении практических работ, курсовых и дипломных проектов.

Предназначено для студентов направления 160200 «Авиастроение», специальности 160201 «Самолето- и вертолетостроение».

Библиографический список

1. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике: Учебник для авиационных специальностей вузов/Авдуевский В.С., Галицейский Б.М., Глебов Г.А. и др.; Под общ. ред. В.С. Авдуевского, В.К. Кошкина. –2-е изд., перераб. и доп.-М.:Машиностроение, 1992.- 528 с.

2. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977. 344с.

3. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. Учебник для вузов, Изд 3-е, перераб. и доп.- М.: Энергия, 1975.-. 488 с.

4. СТП ВГТУ 62-2007. Текстовые документы (курсовые работы (проекты), рефераты, отчеты по лабораторным работам, контрольные работы). Правила оформления. - Воронеж: ВГТУ, 2007 – 53 с.

Оглавление

Введение 3

Основные обозначения 4

Числа подобия 7

Основные параметры теплового состояния 8

Методы измерения параметров состояния 9

Жидкостные термометры расширения 11

Биметаллические термометры 13

Манометрические термометры 14

Пирометры 15

Типы термопар 20

Пирометры излучения 23

Термометры сопротивления 26

Теплообмен в авиационных конструкциях 27

Закон теплопроводности Фурье 27

Дифференциальное уравнение теплопроводности 29

Условия однозначности в процессах теплопроводности 30

Передача тепла через плоскую стенку без внутренних источников тепла 35

Многослойная плоская стенка при Г.У. первого рода 42

Теплопроводность через плоскую стенку при Г.У. второго рода 44

Теплопроводность при Г.У. третьего рода 46

Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубе 47

Особенности движения и теплообмена в трубе 47

Теплоотдача при ламинарном течении 51

Теплоотдача при вязкостно-гравитационном режиме 53

Теплоотдача при турбулентном режиме 55

Теплоотдача при поперечном омывании одиночной круглой трубы 58

Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб 63

Некоторые специальные задачи конвективного теплообмена 68

Теплоотдача жидких металлов 68

Теплоотдача при течении газов с большой скоростью 69

Теплоотдача разреженных газов 71

Теплообмен при кипении однокомпонентных жидкостей 73

Механизм процесса теплообмена при пузырьковом кипении жидкости 73

Зависимость теплового потока от температурного напора (кривая кипения) 75

Влияние способа обогрева поверхности теплообмена на развитие процесса кипения. Кризисы кипения 76

Расчет теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкости в большом объеме 78

Особенности кипения недогретой жидкости. 81

Особенности теплообмена при кипении жидкости внутри труб 82

Влияние скорости принудительной циркуляции жидкости 84

Теплообмен при конденсации чистого пара 85

Основные особенности процесса теплообмена при конденсации пара 85

Основные расчетные соотношения. Теплообмен при пленочной конденсации неподвижного пара 85

Теплообмен при конденсации пара в трубах 86

Теплообменные аппараты 86

Классификация ТОА 86

Основные положения и уравнения теплового расчета ТОА 88

Средняя разность температур и методы её вычисления 91

Определение температуры поверхности теплообмена 96

Сравнение прямотока с противотоком 97

Тепловые явления в процессе резания 100

Экспериментальные методы исследования тепловых явлений 103

Методы измерения температур в зоне резания 104

Заключение 107

Библиографический список 108

Учебное издание

Будник Александр Павлович

Лосев Николай Васильевич

Теплообмен в Авиационных конструкциях

В авторской редакции

Компьютерный набор Н.В. Лосева

Подписано к изданию 20.11.2012.

Уч.-изд. л. 5,7.

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»