Исследование коэффициента теплоизоляционного материала

1. ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

2.1 Цель работы.

Целью лабораторной работы является экспериментальное определение коэффициента теплопроводности шнурового асбеста и установление зависимости указанного коэффициента от температуры.

2.2 Основные понятия и определения.

Согласно основному закону теплопроводности (закону Фурье) тепловой поток Q, передаваемый в процессе теплопроводности, пропорционален градиенту температуры и поверхности теплообмена

,

где: градиент температуры (характеризует интенсивность увеличения температуры в

направлении нормали к изотермической поверхности), К/м;

F – поверхность теплообмена, м² ;

коэффициент теплопроводности вещества, Вт/(м К).

Коэффициент теплопроводности характеризует способность данного вещества проводить теплоту. Численно коэффициент теплопроводности равен количеству теплоты, проходящей через единицу изотермической поверхности в единицу времени при градиенте температуры 1 К/м, измеряется в Вт/(м К)

,

где q – плотность теплового потока (q = Q/F), Вт/ м² .

Коэффициент теплопроводности является физическим параметром вещества и, в общем случае, зависит от температуры, давления и рода вещества.

Коэффициент теплопроводности в газах зависит в основном от скорости движения молекул, которая, в свою очередь, возрастает с увеличением температуры. В результате с ростом температуры коэффициент теплопроводности газов увеличивается. Например, при изменении температуры от 0 до 300 С значение коэффициента теплопроводности воздуха изменяется в пределах от 0,020 до 0,045 Вт/(м К). При комнатной температуре для воздуха 0,025 Вт/(м К).

У жидкостей коэффициент теплопроводности, как правило, меньше 1Вт/(м К). Вода является одним из лучших жидких проводников тепла для нее 0,6 Вт/(м К).

В металлах теплопроводность обеспечивается за счет теплового движения электронов. Теплопроводность металлов много выше, чем газов и жидкостей. Наибольшим коэффициентом теплопроводности обладает серебро и медь: 380…460 ВТ/(м К). Для углеродистых сталей 50 Вт/(м К), а для высоколегированных сталей 10 Вт/(м К).

Коэффициент теплопроводности неметаллических твердых материалов обычно ниже 10 Вт/(м К). Теплоизоляционные и многие строительные материалы (кирпич, бетон, дерево и др.), обладают пористым строением, имеют сравнительно низкие коэффициенты теплопроводности – 0,02…2,0 Вт/(м К).

Коэффициент теплопроводности для различных материалов обычно определяют экспериментально, с использованием различных методов.

2.3 Установка для определения коэффициента теплопроводности.

В данной работе коэффициент теплопроводности шнурового асбеста определяется методом цилиндрической трубы.

Уравнение Фурье для цилиндрического стержня имеет вид

(1.1)

где коэффициент теплопроводности материала;

градиент температуры;

F – поверхность теплообмена ();

d – диаметр стержня;

длина стержня.

После дифференцирования уравнения (1.1) и разделения переменных можно получить выражение для определения коэффициента теплопроводности материала, имеющего форму трубы, Вт/(м К):

(1.2)

где соответственно внутренний и наружный диаметры теплоизоляционного материала,

имеющий форму трубы, м;

длина трубы, м;

соответственно температура на внутренней и наружной поверхностях изоляции, К

или С.

Таким образом, для расчета коэффициента необходимо определить величину теплового потока Q и температуру внутренней и наружной поверхностей теплоизоляционного материала, а также знать значение и .

Схема лабораторной установки приведена на рис. 1.1. Установка состоит из латунной трубки 1, покрытой слоем шнурового асбеста 2. тепловой поток, проходящий через изучаемый теплоизоляционный материал (шнуровой асбест), создается с помощью спирального электрического нагревателя 3, находящегося внутри латунной трубки. Мощность нагревателя, а следовательно, и величина теплового потока, регулируется лабораторным автотрансформатором 4 и определяется с помощью вольтметра 5 и амперметра 6. на внутренней и наружной поверхностях теплоизоляционного материала установлены “горячие” спаи 7 термопар. “Холодные” спаи 8 выведены внутрь стенда и имеют комнатную температуру t₀ . Измерение термо-э.д.с. между “горячими” и “холодными” спаями термопар производится с помощью милливольтметра 9. Для измерения температуры на внутренней поверхности асбеста переключатель 10 термопар ставят в положение 1 (см. рис. 1.1), а при определении температуры внешней поверхности асбеста – в положение 2.

Количество тепла, выделяемое электрическим нагревателем (величина теплового потока) определяется из выражения (в ВТ)

(1.3)

где J – величина тока, проходящего через спираль нагревателя, А;

U – падение напряжения на нагревателе, В.

Температура определяется при работе милливольтметра в диапазоне “7.5мА” и рассчитывается как

(1.4)

где z – число делений на шкале милливольтметра при измерении температуры ;

t₀ – температура воздуха в лаборатории, ⁰ С.

Температура определяется при работе милливольтметра в диапазоне “15мА” и рассчитывается по аналогичной формуле

(1.5)

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать