Обработка результатов экспериментального исследования

Значения коэффициентов теплопроводности теплоизоляционного материала определяется экспериментально при различных температурах. Проводится не менее трех опытов. После этого находится зависимость значений l от температуры.

При проведении эксперимента задаются значениями напряжения и силы тока в электронагревателе.

Пример данных эксперимента приведен в табл. 3.

Таблица 3

Опытные данные по исследованию коэффициента теплопроводности

Исследуемый материал – совелит.

Последовательность обработки опытных данных и расчет значения коэффициента теплопроводности λ приводится для данных второго опыта. Тепловой поток, передаваемый теплопроводностью через слой совелита, определяется по закону Джоуля-Ленца:

Q = U ∙ I = 63 ∙ 0,41 = 25,83 Вт. (24)

Средняя температура слоя совелита:

t = = = 49,4 ^оС. (25)

Коэффициент теплопроводности совелита при средней температуре:

λ _оп = = = 0,132 Вт/(м.К). (26)

Теоретическое значение коэффициента теплопроводности совелита при температуре t = 49,4 ^оС:

l _т = 0, 09 + 87×10^-5×49,4 = 0,133 Вт/(м.К). (27)

Относительное расхождение опытного и расчетного значений коэффициентов теплопроводности составляет:

= 0,75 %. (28)

Аналогичный расчет проводится и по другим опытам.

Результаты расчетов должны быть представлены в табл. 4.

Таблица 4

Опытные данные по исследованию коэффициента теплопроводности
теплоизоляционного материала

Исследуемый материал – совелит.

По результатам расчетов строится в масштабе график зависимости коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала от средней температуры. Графически, или с использованием математических методов определяется коэффициент b, характеризующий влияние температуры на теплопроводность материала. При обработке опытных данных следует использовать линейную зависимость (7).

Как видно из данных табл. 4 и рис. 3, полученные значения коэффициента теплопроводности совелита хорошо согласуются с теоретическими значениями. В исследуемом диапазоне температур наблюдается увеличение значений коэффициента теплопроводности совелита.

Рис. 4. Температурная зависимость коэффициента теплопроводности
совелита

Увеличение численных значений коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов с ростом температуры объясняется повышением значений коэффициента теплопроводности воздуха, заполняющего поровое пространство.

Вопросы для самопроверки

1. Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как достигается поставленная цель?

2. Что такое теплообмен? Приведите пример.

3. Какие существуют формы передачи теплоты?

4. Что такое теплопроводность? Приведите пример.

5. Что такое конвекция? Приведите пример.

6. Что такое излучение? Приведите пример.

7. Опишите механизмы передачи теплоты теплопроводностью в твердых телах, жидкостях и газах.

8. Дайте определения температурного поля, изотермической поверхности, градиента температуры

9. Что такое тепловой поток, плотность теплового потока?

10. Запишите закон Фурье для теплового потока, плотности теплового потока.

11. Какой физический смысл коэффициента теплопроводности?

12. Какие численные значения коэффициентов теплопроводности металлов, жидкостей и газов?

13. Как влияет увеличение температуры на значения коэффициентов теплопроводности различных веществ (металлов, неметаллов, жидкостей и газов)?

14. От чего зависит величина коэффициента теплопроводности?

15. Что такое теплоизоляционный материал?

16. Приведите математическое выражение температурного поля.

17. Запишите дифференциальное уравнение теплопроводности.

18. Приведите математическое выражение температурного поля цилиндрической однослойной стенки.

19. Запишите соотношения для теплового потока, линейного теплового потока через плоскую и цилиндрическую стенки.

20. Каков характер изменения температуры по толщине плоской и цилиндрической стенок?

22. Чем объясняется кривизна или угол наклона температурной кривой по толщине стенки?

23. Почему с ростом температуры увеличиваются численные значения коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов?

24. Почему влажный теплоизоляционный пористый материал теряет свои теплоизоляционные свойства?

25. Дайте определение понятию термического сопротивления стенки.

26. В чем заключается метод трубы для определения коэффициента теплопроводности?

27. Назовите основные элементы экспериментальной установки и объясните их назначение.

28. Какие величины надо измерять в работе, чтобы вычислить коэффициент теплопроводности?

ЛИТЕРАТУРА

1. Исаченко В. П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. - М.: Энергоиздат, 1981. – 417 с.

2. Поршаков Б.П., Бикчентай Р.Н., Романов Б.А. Термодинамика и теплопередача (в технологических процессах нефтяной и газовой промышленности): Учебник для вузов. – М.: Недра, 1987. – 349 с.

3. Практикум по теплопередаче: Учеб. пособие для вузов /А.П. Солодов, Ф.Ф. Цветков, А.В. Елисеев, В.А. Осипова. Под ред. А.П. Солодова. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 296 с.

4. Теплотехнический справочник. Издание 2-е переработанное. Под редакцией В.Н. Юренева и П.Д. Лебедева. Т. 1. – М.: Энергия, 1975. – 744 с.