Определение коэффициента теплопроводности изоляционного материала методом трубы презентация

2014
кандидат технических наук, с.н.с. Сокольский А.К.
Москва - 2014
«Термодинамика и теплотехника»
для студентов 3 курса специальности
190300.65 «Подвижной состав железных дорог»
Профили: Локомотивы, Вагоны, Технология производства и ремонта подвижного состава, Электрический транспорт железных дорог
Методические материалы к лабораторным работам
КАФЕДРА «ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА И ВОДОСНАБЖЕНИЕ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
(МИИТ)

2014
Лабораторная работа №1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА МЕТОДОМ ТРУБЫ

2014
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ называется явление передачи теплоты более нагретых частиц тела к менее нагретым путем непосредственного их соприкосновения, обусловленное тепловым движением молекул или атомов вещества, а в металлах – свободных электронов.
Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. В сравнении тепловых цепей с электрическими это аналог проводимости.
Способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности (удельной теплопроводностью). Коэффициент теплопроводности равен количеству теплоты, которое проходит через стенку площадью 1 м2 в единицу времени при разности температур на поверхностях стенки в один градус при толщине стенки 1 м. Значение коэффициента теплопроводности различных материалов находят обычно опытным путем.
Для определения коэффициента теплопроводности на стационарном режиме пользуются методами плиты, трубы и шара. В данной лабораторной работе использован метод трубы.
d1
d2
l
1
2
3
4
1'
2'
3'
4'

где Q – тепловой поток, Вт
t1, d1, t2, d2 – соответственно температура и диаметр внутренней и наружной поверхностей трубы, м
l – длина трубы в м.
Исходные данные ln d2/d1=0.69
l = 0.63 м
Q=W=I·U

2014

2014
Лабораторная работа №2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ СВОБОДНОЙ КОНВЕКЦИИ ВОЗДУХА

Естественной конвекцией называется перемещение частиц жидкости и газа, обусловленное разностью их плотностей.
При естественной конвекции нагретые объемы теплоносителя поднимаются, охладившиеся - опускаются. Величина, характеризующая интенсивность теплообмена между средой и поверхностью называется коэффициентом теплоотдачи.
Коэффициент теплоотдачи αк показывает, какое количество теплоты передается от жидкости (греющего тела) к стенке или наоборот в единицу времени через единицу поверхности при разности температур между поверхностью стенки и жидкостью в 1 К.
От коэффициента теплоотдачи зависят потери тепла или тепловосприятие поверхностей, имеющих температуру, отличную от температуры окружающей среды, а также размеры поверхностей нагрева (охлаждения) теплообменных аппаратов.
Количество тепла, которое отдает боковая поверхности цилиндра (трубы) конвекцией в единицу времени, определяется по формуле:

где αк - коэффициент теплоотдачи конвекцией Вт/(м2·К);
tст - средняя температура поверхности стенки, °С;
tвоз – температура окружающего воздуха, °С;
d - наружный диаметр трубы, м;
l - длина трубы, м.
Помимо теплоотдачи конвекцией всякое нагретое тело отдает тепло лучеиспусканием:
где Тст - температура стенки, К;
Твозд – температура среды, К;
d - наружный диаметр трубы, м;
l - длина трубы, м;
Спр - приведенный коэффициент лучеиспускания системы, Вт/м2·К4.
В данном случае излучает цилиндр, поверхность которого значительно меньше поверхности окружающих тел, и Спр можно рассчитать по формуле:

В данном случае излучает цилиндр, поверхность которого значительно меньше поверхности окружающих тел, и Спр можно рассчитать по формуле:
где ε - степень черноты цилиндра (трубы);
Со - постоянная Стефана - Больцмана.
Полное количество тепла, отдаваемое цилиндром, будет:
Откуда
d
l
t1
t2
t3
t4

Исходные данные для проведения лабораторной работы:
t воздуха – 20 0С
d = 12,5 мм =12,5·10-3=0,0125 м
l =470 мм=470·10-3=0,47 м
ε = 0,15 – степень черноты цилиндра

2014

2012
Лабораторная работа № 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ЛУЧЕИСПУСКАНИЯ ТВЕРДОГО СЕРОГО ТЕЛА И СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЫ
2014

Тепловым излучением (лучеиспусканием) называется явление переноса тепловой энергии в виде электромагнитных волн.
Лучеиспускание свойственно всем телам. Во время нагревания часть их тепловой энергии неизбежно превращается в лучистую, количество которой зависит от температуры тела.
Для теплового излучения существует ряд основных законов, одним из которых является закон Стефана - Больцмана. Согласно этому закону количество энергии, излучаемое абсолютно черным телом, пропорционально четвертой степени его абсолютной температуры:
где σ0 - константа излучения, Вт/(м2·К4)
С0 - коэффициент лучеиспускания, Вт/(м2·К4)
Для абсолютно черного тела коэффициент лучеиспускания
Со = 5,67 Вт/(м2·К4)
2014

Для серых тел он меньше коэффициента лучеиспускания абсолютно черного тела: С<С0. Кроме того, он зависит от температуры.
Для оценки излучательной способности серых тел вводят понятие степени черноты поверхности тела ε, представляющей собой отношение излучательной способности серого тела Е к излучательной способности абсолютно черного тела Е0. При одинаковой температуре поверхностей тел величину ε находят по отношению коэффициентов лучеис-пускания:
Поэтому, степень черноты характеризует собой излучательную способность серого тела по отношению к излучению абсолютно черного тела при той же температуре.
Одним из самых простых методов определения коэффициента лучеиспускания является метод сравнения теплоотдачи испытуемого тела с теплоотдачей абсолютно черного или серого тела с известной степенью черноты поверхнос-ти. Этот метод и использован в данной работе.

2014
В опытной установке взяты два одинаковых по форме, чистоте обработки и размерам тела (диска) D1= D2 =0,15 м из разного материала, имеющих температуры выше температуры окружающей среды. Они отдают теплоту, как путем конвекции, так и путем излучения. В этом случае полное количество энергии, отдаваемое каждым телом окружающей среде, равное сумме количеств теплоты, отдаваемых конвекцией и лучеиспусканием, т. е.
При одинаковых условиях теплообмена и равных температурах поверхностей тел количество теплоты, отдаваемое каждым из тел конвекцией, одинаково: Q1к=Q2к.
Тогда
где С1 - коэффициент лучеиспускания твердого тела, степень черноты ε1 которого известна (С1=ε1С0);
Тпов и Тв - соответственно абсолютная температура поверхности тела и окружающего воздуха, К;
F – площадь излучающей поверхности тела, м2.
Откуда
Исходные данные: tв=20oC; ε1= 0,95 Со=5,67 Вт/(м2·К4)

2014
Так как тело представляет собой круглый диск, площадь излучающей поверхности определяется по формуле:
Коэффициент лучеиспускания черного тела (диска) определяется по формуле:
Степень черноты серого тела можно определить по формуле:

2014
Лабораторная работа № 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СОСТОЯНИЯ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

2014
Влажный воздух – это смесь чистого сухого воздуха с водяным паром.
По закону Дальтона давление влажного воздуха р равно сумме парциальных давлений сухого воздуха рсв и пара рп, находящегося в объеме влажного воздуха.
Абсолютной влажностью воздуха называют массу-m, кг водяного пара в 1 куб.м влажного воздуха.
Влагосодержанием d влажного воздуха называется количество водяного пара в граммах на 1 кг сухого воздуха.
Относительной влажностью воздуха φ называется отношение имеющегося влагосодержания dим к максимально возможному dmaxвозм при той же температуре:
Технические расчеты процессов с влажным воздухом производятся обычно по диаграмме id-диаграмме влажного воздуха, которая строится для определенного давления.

-d диаграмма влажного воздуха для данного барометрического давления строится в косоугольной системе координат с углом между осями I и d, равным 135º. Такой выбор системы координат позволят наглядно разместить на диаграмме все необходимые линии:
d = const –линии постоянных влагосодержаний, характеризующие процессы изменения состояния влажного воздуха без изменения количества влаги в воздухе;
I = const – линии постоянных теплосодержаний (энтальпий), или адиабаты, характеризующие процессы изменения состояния влажного воздуха без подвода тепла;
t = const - линии постоянных температур, или изотермы, характеризующие процессы изменения состояния влажного воздуха при постоянной температуре;
φ = const – линии постоянных относительных влажностей.Линия φ = 100% называется линией насыщения и делит диаграмму на две зоны. Зона, лежащая выше кривой насыщения, соответствует ненасыщенному состоянию воздуха (φ < 100%). Зона, лежащая ниже кривой, называется зоной тумана, так как в воздух в этой зоне не только насыщен, но и содержит туман (мельчайшие капельки сконденсированной влаги). Любая точка на диаграмме определяет состояние влажного воздуха и позволяет определить все его параметры. Точки, лежащие на линии насыщения, называются точками росы.

Задание:
t=500C 2. t=300C 3. d=24
φ=30% d=16 φ=80%
d= p= p=
p= φ= t=
i= i= i=

2012
Лабораторная работа № 5
ИЗМЕРЕНИЕ СРЕДНЕГО КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ПОМЕЩЕНИЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
2014

где Q – мощность источника нагрева, Вт;
Fср- средняя площадь поверхности ограждения, м2;
где Fнар и Fвн – соответственно наружная и внутренняя площади помещения , м2;
Δt – перепад между температурой внутри помещения tвн и снаружи tнар, 0С
2,7
2,7
3
3
Исходные данные:
tнар=15 оС
tвн=25 оС

2012
Лабораторная работа № 6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СИСТЕМЫ ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ
2014

Воздушное отопление проектируют для обеспечения допустимых параметров воздуха в обслуживаемой (рабочей) зоне помещений различного назначения. В качестве теплоносителя для обогрева помещений используется наружный воздух. Для его обогрева применяют калорифер, а для перемещения - электровентилятор.
Количество тепла, получаемое от электровентилятора, вычисляется по формуле:
где Qот- тепло, получаемое от электровентилятора, Вт;
Lв- расход воздуха через электровентилятор, м3/час;
св- средняя теплоемкость воздуха, св = 1,005 кДж/кг·оС=1 кДж/кг·оС;
ρв- плотность воздуха, кг/м3; ρв=1,16 кг/м3;
tвых, tвх- соответственно температура на выходе из электровентилятора и на входе (в помещении);
Расход воздуха определяется по формуле:
где Vв- скорость воздуха в вентиляторе, м/с;
Fв- площадь сечения, в котором производилось измерение скорости вентилятора, м2:
d - диаметр выходного отверстия: d =0,1 м

Результаты измерений и вычислений записываются в таблицу

2012
Лабораторная работа № 7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХОЛОДИЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА И КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ
2014

Схема установки приведена на рисунке. Установка содержит компрессор, конденсатор, дроссель и испаритель. Рабочим телом является фреон.
Конденсатор
Испаритель
Дроссель
Компрессор
1
2
3
4
Пары фреона сжимаются компрессором до давления р2 и температуры t2. В состоянии т.2 на входе в конденсатор температура паров оказывается выше температуры окружающего воздуха, поэтому пары отдают тепло через конденсатор в окружающую среду, а сами охлаждаются до состояния т.3. В дроссельном вентиле давление паров насыщенного фреона снижается до р4, а температура до t4. В этом состоянии пар поступает в испаритель, где испаряется, отнимая тепло от окружающего воздуха. Термодинамический цикл установки состоит, таким образом, из адиабатного процесса сжатия пара фреона в компрессоре 1-2, изобарного охлаждения пара (в том числе конденсации) в процессе 2-3, протекающем в конденсаторе, процесса дросселирова-
ния 3-4 и изобарного процесса подвода тепла (парообразования) 4-1 в испарителе.