Лабораторная работа по техническим основам теплотехники. Практика 7 (1) (3). Определение тепловых потерь через различные материалы
 Скачать 157.54 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН КАЗАХСТАНСКО-НЕМЕЦКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Факультет инжиниринга и информационных технологий Дисциплина «Теоретические основы теплотехники» Практика 7 по теме «Определение тепловых потерь через различные материалы» Выполнил: студент группы 2-ЭЭТ Казыбекова Ламис Проверила: доцент Шавдинова М. Д. Алматы – 2021 Практика 7 Определение тепловых потерь через различные материалы Цель работы: определить, какой из исследуемых материалов обладает хорошими теплоизоляционными свойствами Задание: 1. Определить потери тепла через исследуемые материалы: стекло, двойное стекло, пенопласт, дерево. 2. Определить коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи. Теоретическое введение [3] Теплопроводность – молекулярный перенос теплоты в сплошной среде, обусловленный наличием градиента температуры. Согласно гипотезе Фурье (1822 г.), количество теплоты δQτ (Дж), проходящее через элемент изотермической поверхности dF за промежуток времени dτ, пропорционально температурному градиенту  :  Опытным путем установлено, что коэффициент пропорциональности λ является физическим параметром, характеризующим способность вещества проводить теплоту, и называется коэффициентом теплопроводности (Вт/(мК)). Количество теплоты, проходящее в единицу времени через единицу площади изотермической поверхности  , Вт/м2, называется плотностью теплового потока.Плотность теплового потока есть вектор, определяемый соотношением  Вектор плотности теплового потока направлен по нормали к изотермической поверхности. Его положительное направление совпадает с направлением убывания температуры, т.к. теплота всегда передается от более горячих частиц к холодным. Таким образом, вектор и лежат на одной прямой, но направлены в противоположные стороны. Это и объясняет наличие знака «-» в правых частях уравнения. Количество теплоты, проходящее в единицу времени через изотермическую поверхность F, называется тепловым потоком.   - элемент изотермической поверхности, Вт.Полное количество теплоты Q, Дж, прошедшее за время через изотермическую поверхность F  Коэффициент теплопроводности - физический параметр вещества. Зависит от температуры, давление и рода вещества. Коэффициент теплопроводности для исследуемых материалов дан в таблице 1. Таблица 1 – Значения коэффициента теплопроводности для исследуемых материалов
Передача теплоты через плоскую стенку. Граничные условия 1-го рода  Рисунок 8.1 – Распределение температуры в плоской стенке Плотность теплового потока  Общее количество теплоты Qτ, которое передается через стенку за промежуток времени τ, определяется  Граничные условия 3-го рода. Теплопередача Передача тепла из одной подвижной среды (жидкости или газа) к другой через разделяющую их однородную или многослойную твердую стенку любой формы называется теплопередачей. Теплопередача включает в себя теплоотдачу от более горячей жидкости к стенке, теплопроводность в стенке, теплоотдачу от стенки к более холодной подвижной среде.  Рисунок 8.2 – Теплопередача Пусть плоская однородная стенка имеет толщину δ значительно меньшей высоты. Заданы коэффициенты теплоотдачи α1 и α2, теплопроводности стенки, температуры теплоносителей tж1 и tж2. Режим стационарный. При заданных условиях необходимо найти тепловой поток от горячей жидкости к холодной и температуры на поверхности через плоскую стенку стенки. Плотность теплового потока от горячего теплоносителя к стенке определяется уравнением Ньютона-Рихмана:  Эта же плотность теплового потока от стенки к холодному теплоносителю определяется уравнением Ньютона-Рихмана:  к – коэффициент теплопередачи – характеризует интенсивность передачи тепла от одной жидкости к другой через разделяющую их стенку. Численно равен количеству тепла, которое передается через единицу поверхности стенки в единицу времени при разности температур между жидкостями в один градус.  Тепловой поток через поверхность твердой стенки равен:  Описание лабораторной установки Установка называется «Тепловой дом» и представлена на рисунке 8.3.  Рисунок 8.3 – Тепловой дом Тепловой дом служит для определения тепловых потерь в различных материалах (дерево, пенопласт, стекло, двойное стекло). Внутри теплового дома установлена обычная лампа-накаливания, тепловой дом нагревают до 40 0С и измеряют потери с разных поверхностей при помощи термопар и безконтактного термометра AUTOPRO фирмы RAYTEK. Обработка данных проводится с помощью программного обеспечения фирмы «Ahlborn». Все значения температур, теплового потока в зависимости от времени сохраняются в измерительном приборе ALMEMO. В лаборатории имеются два тепловых дома. Выполнение работы: 1. С помощью штангенциркуля измеряем толщину, длину и высоту исследуемых материалов. 2. Включаем установку, дожидаемся установления постоянного температурного режима (39,9 – 40 0С). 3. Замеряем значения температур на поверхностях исследуемых материалов. 4. Определяем потери при помощи формулы (6). 5. Замеряем значения теплового потока каждой стенки (по 5 мин.), температуры наружного и внутреннего воздуха. 6. Обработать полученные результаты с использованием формул (7, 8, 9). 7. Полученные значения занести в таблицу 2 и сделать выводы. Таблица 2 – Полученные значения
Таблица 3 – полученные значения размеров стенок
Таблица 4 – Полученные значения температур
Tж1= 55,6 Тж2=22,4 Определим тепловые потери по формуле(6)       (формулы 7,8,9)Дерево: q=  =149,6 Вт/м2  ; ; k=  =0,12 Вт/м2КПенополистирол: q=  =36,96 Вт/м2 ;  ; k=  Вт/м2КДвойное стекло с теплоизоляцией: q=  =104,37 Вт/м2  ;  ; k=  =0.16Вт/м2КОдинарное стекло: q=  = 231 Вт/м2  ;  ; k=  Вт/м2КВывод: в ходе лабораторной работы были определены и вычислены потери тепла через 4 различных материалов стенок: пенополистирол, дерево, одинарное стекло, двойное стекло с теплоизоляционным материалом. Для каждого материала были вычислены коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи, для того, чтобы выполнить цель и ответить на главный вопрос лабораторной работы: «какой из исследуемых материалов обладает хорошими теплоизоляционными свойствами». Ответ – пенополистирол, материал, обладающий хорошими теплоизоляционными свойствами, а также наименьшими тепловыми потерями. |
, м