Исследование теплообмена излучением. ЛБ2_Чащин_5Б02. Отчет по лабораторной работе2 по дисциплине
 Скачать 0.57 Mb.
|
|
1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» Тема: Исследование теплообмена излучением Отчет по лабораторной работе-2 по дисциплине: Тепломасообмен Исполнитель: студент группы 24.11.2022 Руководитель: преподаватель Нагорнова Татьяна Александровна Томск – 2022 2 Цели и задачи Целью работы является получение навыков экспериментального определения интегрального коэффициента теплового излучения твердого тела. Задачами исследования являются: 1) определение интегральной излучательной способности твердого тела при разных температурах излучающей поверхности; 2) построение зависимости излучательной способности от температуры; 3) сопоставление полученных результатов с известными литературными данными; 4) составление отчета по выполненной работе. Описание экспериментальной установки Рис.1. Схема установки Рис.2. Рабочий участок установки 3 На передней панели находится двухканальный измеритель температуры (2) типа 2ТРМО, подключённый к хромель-копелевой термопаре, универсальный вольтметр (1) типа MY-67 с автоматическим переключением пределов измерений, тумблёр электропитания установки (3), разъёмы (V) для подключения вольтметра (1), тумблёр (5) для переключения вольтметра на измерение падения напряжения на образцовом сопротивлении (U o ) и напряжения на вольфрамовой проволоке (U н ). На рис.2. приведена принципиальная схема рабочего участка, электрическая схема питания и измерений. Нагреваемая вольфрамовая проволока (7) находится в цилиндрическом стеклянном баллоне (8) с двойными стенками, между которыми находится вода. Внутренняя трубка вакуумирована до 10-5 мм.рт.ст. Температура стенки этой трубки Т 2 считается равной температуре воды циркулирующей между двойными стенками и постоянной в течение опыта. Она определяется хромелькопелевой термопарой (9), соединённой с измерителем температуры (2). Баллон с нитью укреплен в модуле (6), который находится на лабораторном стенде. Электропитание к вольфрамовой проволоке подводится внутри установки от источника питания (4). Последовательно с вольфрамовой проволокой включено образцовое сопротивление (R 0 ) для определения величины электрического тока в цепи по измеренному на нем значению падения напряжения. Для измерения напряжения на вольфрамовой проволоке U 1 и напряжения на образцовом сопротивлении U 0 к разъёмам (V) подключается мультиметр (1). Методика расчёта Данные установки и таблица результатов измерений: Проведём опыт под номером 1. Для последующих экспериментов значения температур, напряжения и силы тока будут меняться, принцип проведения расчётов остаётся постоянным. диаметр вольфрамовой проволоки−𝑑 1 = 0,15 ∙ 10 −3 м; 4 длина проволоки − 𝑙 = 0,45 м; температурный коэффициент сопротивления вольфрама-𝛼 𝑅 = 4,1 ∙ 10 −3 𝐾 −1 ; Рассчитаем температуру 𝑡 1 в соответствии с приведенной формулой 𝑡 1 = 𝑅 1 − 𝑅 12 𝛼 𝑅 𝑅 12 + 𝑡 2 = 7,6 − 1,4 4 ∙ 10 −3 ∙ 1,4 + 20,8 = 1 134,6 ℃; 𝑅 1 = 𝑈 1 𝐼 = 6 0,79 = 7,6 Ом Рассчитаем сопротивление вольфрамовой проволоки 𝑅 12 при комнатной температуре через удельное сопротивление: 𝑅 12 = 𝜌𝑙 𝑆 = 4𝜌𝑙 𝜋𝑑 2 = 4 ∙ 5,5 ∙ 10 −8 ∙ 0,45 3,14 ∙ (0,15 ∙ 10 −3 ) 2 = 1,4 Ом; 𝑡 2 = 27,5 ℃ (измерено); 𝑈 1 = 6 В(измерено); 𝐼 = 0,79 A(измерено); 𝑄 = 𝐼 ∙ 𝑈 1 = 0,79 ∙ 6 = 4,74 Вт; Преобразуя уравнение результирующего лучистого потока, описывающее теплообмен излучением системы тел в прозрачной среде между нагретым телом (вольфрамовая проволока) и охлаждаемой оболочкой (стеклянная трубка), получаем формулу для расчёта интегрального коэффициента теплового излучения исследуемой проволоки 1 : 1 = 𝑄 𝐶 0 ∙𝐹 1 ∙[( 𝑇1 100 ) 4 ∙( 𝑇2 100 ) 4 ] = 𝑄 𝐶 0 ∙𝜋∙𝑑 1 ∙𝑙∙[( 𝑇1 100 ) 4 ∙( 𝑇2 100 ) 4 ] = 4,74 5,67∙3,14∙0,15∙10 −3 ∙0,45∙[( 1 403,6 100 ) 4 ∙( 300,5 100 ) 4 ] = 1,25 ∙ 10 −3 Где 𝐹 1 – поверхность проволоки, м. Обработка результатов исследования Полученные результаты сводим в таблицу: 5 Таблица 1.Результаты исследования № п/п 𝑡 1 , ℃ 𝑇 1 , К 𝑡 2 , ℃ 𝑇 2 , 𝐾 𝑈 0 , В 𝑈 1 , В I, А Q, Вт 1 1 1 134,6 1 407,6 27,5 300,5 0,079 6 0,79 4,74 1,23 ∙ 10 −3 2 1 224,5 1 497,5 28,1 301,1 0,086 7 0,86 6,02 1,21 ∙ 10 −3 3 1 314,3 1 587,3 28,6 301,6 0,093 8 0,93 7,44 1,18 ∙ 10 −3 4 1 368,5 1 641,5 29,2 302,2 0,101 9 1,01 9,09 1,25 ∙ 10 −3 5 1 440,7 1 713,7 30 303 0,108 10 1,08 10,8 1,24 ∙ 10 −3 Строим график зависимости 1 = f( 𝑡 1 ): Рис. 3 График зависимости 1 = f( 𝑡 1 ) Погрешности измерения: 1. ∆ 1 = 0,032−1,23∙10 −3 0,09 ∙ 100% = 34% 2. ∆ 1 = 0,032−1,21∙10 −3 0,09 ∙ 100% = 34% 3. ∆ 1 = 0,032−1,18∙10 −3 0,09 ∙ 100% = 34% 4. ∆ 1 = 0,032−1,25∙10 −3 0,09 ∙ 100% = 34% 6 5. ∆ 1 = 0,032−1,24∙10 −3 0,09 ∙ 100% = 34% Вывод: в данной лабораторной работе была определена излучательная способность твердого тела при разных температурах излучающей поверхности, построение зависимости излучательной способности от температуры, а также определены погрешности измерения коэффициента черноты вольфрамовой нити. Высокая погрешность сказывается на человеческом факторе, а также в неточности измерения самого прибора и выбор промежутка 𝛼 𝑅 в исходных данных. |