Описание экспериментальной установки

Используемая в эксперименте установка (рис. 2 и 4) состоит из нагревателей (3) с тепловыделяющим элементом и программно-управляемым блоком регулирования температуры (5). Исследуемые металлические стержни (1, 2) полированной торцевой поверхностью прижимаются к нагревателю винтовым соединением (рис. 3). В каждом образце закреплены по 2 термопары, электрические сигналы с которых выводятся на двухканальные цифровые измерители температур (4). При повышении заданной температуры каждый из них имеет возможность выводить сигнал для управления режимом работы нагревателя.

Рисунок 2 – Схема экспериментальной установки

1,2 – стержни из исследуемых материалов (алюминий, латунь (бронза), нержавеющая сталь), 3 – нагреватель, 4 –двухканальные цифровые термометры для каждого образца, 5 - программно регулируемый блок температуры нагревателя.

Рисунок 3 – Крепление образцов к нагревателю

(в разрезе показаны места установки термопар Т₁ и Т₂).

Рисунок 4 – фотография лабораторной установки

Порядок выполнения

1. Ознакомиться с устройством и работой лабораторной установки.

2. Включить компьютер, подключиться к измерительной системе.

3. Вывести на экран лицевую панель лабораторной работы «Определение теплопроводности» (рис. 5), и запустить режим измерения температуры образцов кнопкой «Пуск».

4. Включить нагреватель, задав в окошке «Уставка» температуру 50 °С и наблюдать в течение 5 минут изменения показаний датчиков температуры Т₁ – Т₈, закрепленных в образцах, на цифровых индикаторах и многоканальном осциллографе на лицевой панели компьютерной системы измерения.

5. Зафиксировать и перенести в таблицу 1 ключевые моменты переходного процесса нестационарной теплопроводности:

- время от включения нагревателя до t₁ установления постоянной температуры на термопарах Т₁, Т₃, Т₅, Т₇ установленных соответственно на образцах 1-4 со стороны нагревателя (время неупорядоченной стадии процесса нестационарной теплопроводности);

- время распространения температурных возмущений до термопар Т₂ , Т₄, Т₆, Т₈ (t ₂ время установления регулярного режима),

- время установления постоянной температуры на термопарах Т₂ –Т₈, (t ₃ время выхода на режима стационарной теплопроводности).

Рисунок 5 – Лицевая панель программы

6. По достижении t ₃ отключить нагреватель.

7. Выбрать из графиков участки на стадии регулярного режима с приростом температуры на 5-10º С и определим для каждого из них моменты времени.

8. Вычислить соответствующие им значения безразмерных температур по соотношению (2).

9. Вычислить по формуле (1) и занести в таблицу 2 коэффициенты температуропроводности испытанных материалов.

10. Вычислить по формуле (4) и занести в таблицу 2 коэффициенты теплопроводности испытанных материалов и сравнить их с табличными данными.

11. Сравнить результаты численного исследования и лабораторного эксперимента.

12. Проанализировать влияние теплоемкости и плотности на длительность нестационарного процесса.

13. Проанализировать длительность стадий переходного процесса в зависимости от коэффициентов теплопроводности и температуропроводности.

14. Сделать выводы об информативности численного и экспериментального методов исследования нестационарной теплопроводности, возможностях применений подходов, использованных в настоящей работе, в других задачах.

15. Ответить на контрольные вопросы и сделать самостоятельные выводы по лабораторной работе.

Таблица 1. Ключевые моменты переходного процесса нестационарной теплопроводности

Таблица 2. Основные теплофизические характеристики испытанных образцов

Контрольные вопросы:

1. Что входит в полную математическую постановку задачи нестационарной теплопроводности?

2. Запишите разностный аналог второй производной температуры от линейной координаты.

3. По какому закону изменяется температура по времени при регулярном нагревания стержня?

4. У каких материалов стационарный режим наступает быстрее?

5. Какие обобщенные координаты используются для универсального описания нестационарной теплопроводности?

Литература

1. Методические указания по выполнению лабораторных работ по теплотехнике. Северо-Западный заочный технический университет.; СПб, 2003.

2. Техническое описание лабораторного комплекса ЛКТ – 2А. М.,- Московский инженерно-физический институт, Владис, -1999, - 65 с.

3. Теплотехнический эксперимент. Справочник по тепломассообмену. : М., Энергоиздат-1982, -512 с.

4. Теория тепломассообмена. М., Энергия,-1984,- 468 с.