Sehingga kini, klasifikasi bersatu belum dibangunkan, yang dikaitkan dengan kepelbagaian kaedah sedia ada. Semua kaedah eksperimen yang diketahui untuk mengukur pekali kekonduksian haba bahan dibahagikan kepada dua kumpulan besar: pegun dan tidak bergerak. Dalam kes pertama, kualiti formula yang dikira digunakan penyelesaian persendirian persamaan kekonduksian terma

di bawah keadaan, di kedua - di bawah keadaan di mana T adalah suhu; F-Time; - Pekali suhu; l - pekali kekonduksian haba; C - haba tertentu; g - kepadatan bahan; - Pengendali Laplace yang direkodkan dalam sistem koordinat yang sepadan; - Kapasiti spesifik sumber haba volumetrik.

Kumpulan pertama kaedah adalah berdasarkan penggunaan rejim termal pegun; Yang kedua adalah rejim haba tanpa henti. Kaedah-kaedah pegun untuk menentukan pekali kekonduksian terma dengan sifat pengukuran adalah langsung (iaitu, pekali kekondukuran haba secara langsung ditentukan) dan dibahagikan kepada mutlak dan saudara. Dalam kaedah mutlak, parameter yang diukur dalam eksperimen membenarkan menggunakan formula yang dikira untuk mendapatkan pekali kekonduksian terma yang dikehendaki. Dalam kaedah relatif, parameter diukur dalam eksperimen membolehkan kami mendapatkan nilai pekali kekonduksian terma yang dikehendaki menggunakan formula yang dikira. Dalam kaedah relatif parameter yang diukur, ia tidak mencukupi untuk mengira nilai mutlak. Dua kes adalah mungkin di sini. Yang pertama adalah untuk memerhatikan perubahan dalam pekali kekonduksian terma berbanding dengan sumber, yang diterima pakai seunit. Kes kedua ialah penggunaan bahan rujukan dengan sifat terma yang diketahui. Dalam kes ini, formula pengiraan menggunakan pekali kekonduksian haba standard. Kaedah relatif mempunyai kelebihan berbanding kaedah mutlak, kerana lebih mudah. Bahagian lanjut kaedah pegun boleh dijalankan mengikut sifat pemanasan (luaran, volumetrik dan gabungan) dan dengan jenis isotherms medan suhu dalam sampel (rata, silinder, sfera). Subkumpulan kaedah pemanasan luaran termasuk semua kaedah di mana luaran (elektrik, volumetrik, dan lain-lain) digunakan dan pemanasan permukaan sampel dengan radiasi haba atau pengeboman elektron. Subkumpulan kaedah dengan pemanasan volum menggabungkan semua kaedah di mana pemanasan digunakan oleh semasa yang dihantar melalui sampel, memanaskan sampel yang dikaji dari neutron atau G-radiasi atau arus frekuensi ultra tinggi. Kaedah di mana pemanasan luaran dan jumlah sampel secara serentak digunakan pada masa yang sama, atau pemanasan perantaraan (contohnya, arus frekuensi tinggi) boleh dikaitkan dengan subkumpulan.

Dalam ketiga-tiga subkumpulan kaedah pegun. Medan suhu

mungkin berbeza.

Istana rata terbentuk dalam kes apabila aliran haba diarahkan di sepanjang paksi simetri sampel. Kaedah menggunakan isoterma rata dalam kesusasteraan dipanggil kaedah dengan aliran haba paksi atau membujur, dan pemasangan eksperimen sendiri - peranti rata.

Istana silinder sesuai dengan penyebaran fluks haba ke arah radius sampel silinder. Dalam kes apabila fluks haba diarahkan di sepanjang radius sampel sfera, isoterma sfera berlaku. Kaedah yang menggunakan isoterme tersebut dipanggil sfera, dan perkakas - bola.

UDC 536.2.083; 536.2.081.7; 536.212.2; 536.24.021 A. V. Luzina, A. V. Rudin

Mengukur kekonduksian terma sampel logam oleh fluks haba pegun

Anotasi. Ciri-ciri teknik dan reka bentuk pemasangan untuk mengukur pekali kekonduksian haba sampel logam, yang dibuat dalam bentuk rod silinder homogen atau plat segi empat yang nipis oleh kaedah aliran haba pegun, diterangkan. Pemanasan sampel yang dikaji dijalankan oleh pemanasan elektrik langsung dengan nadi pendek arus bergantian, yang tetap dalam pengapit semasa tembaga yang besar, yang pada masa yang sama melaksanakan fungsi sink haba.

Kata kunci: pekali kekonduksian haba, sampel, undang-undang Fourier, pertukaran haba pegun, mengukur pemasangan, pengubah, multimer, termokopel.

Pengenalan

Pemindahan tenaga haba dari bahagian yang lebih panas pepejal kurang dipanaskan dengan cara zarah bergerak huru-hara (elektron, molekul, atom, dan sebagainya) dipanggil pemanasan kekonduksian haba. Kajian fenomena pengaliran haba digunakan secara meluas dalam pelbagai industri, seperti: minyak, aeroangkasa, automotif, metalurgi, perlombongan, dll.

Terdapat tiga jenis utama pertukaran haba: perolakan, radiasi haba dan kekonduksian haba. Kekonduksian terma bergantung kepada sifat bahan dan keadaan fizikalnya. Pada masa yang sama, dalam cecair dan pepejal (dielektrik), pemindahan tenaga dijalankan oleh gelombang anjal, dalam gas oleh imaginasi dan penyebaran atom (molekul), dan dalam logam - dengan penyebaran elektron bebas dan menggunakan ayunan haba kisi. Pemindahan haba dalam badan bergantung kepada apa yang menyatakan: Gas, cecair atau pepejal.

Mekanisme kekonduksian terma dalam cecair adalah berbeza dari mekanisme kekonduksian terma dalam gas dan mempunyai banyak perkara biasa dengan kekonduksian haba pepejal. Di kawasan yang mempunyai suhu tinggi terdapat ayunan molekul dengan amplitud yang besar. Oscillations ini disebarkan oleh molekul bersebelahan, dan dengan itu tenaga pergerakan haba ditransmisikan secara beransur-ansur dari lapisan ke lapisan. Mekanisme ini menyediakan pekali kekonduksian terma yang relatif rendah. Dengan peningkatan suhu untuk kebanyakan cecair, pekali kekonduksian terma berkurangan (pengecualian adalah air dan gliserin, pekali kekonduksian terma meningkat dengan peningkatan suhu).

Fenomena pemindahan tenaga kinetik dengan bantuan pergerakan molekul dalam gas yang ideal adalah disebabkan oleh penghantaran haba melalui kekonduksian terma. Oleh kerana kekejaman pergerakan molekul molekul bergerak ke semua arah. Menavigasi dari tempat dengan suhu yang lebih tinggi ke tempat dengan suhu yang lebih rendah, molekul disebabkan oleh perlanggaran pasangan menghantar tenaga gerakan kinetik. Hasil daripada pergerakan molekul, meratakan suhu beransur-ansur berlaku; Dalam gas yang tidak rata, pemindahan haba adalah pemindahan sejumlah tenaga kinetik dengan pergerakan molekul rawak (huru-hara). Dengan penurunan suhu, pekali kekonduksian haba gas dikurangkan.

Dalam logam, pemancar haba utama adalah elektron bebas yang boleh disamakan dengan gas satu lembu yang ideal. Oleh itu, dengan beberapa pendekatan

Pekali kekonduksian haba pembinaan dan bahan penebat haba dengan peningkatan suhu meningkat, dengan peningkatan berat volum, ia meningkat. Pekali kekonduksian terma sangat bergantung kepada keliangan dan kelembapan bahan. Kekonduksian haba pelbagai bahan berbeza-beza dalam julat: 2-450 w / (m k).

1. Persamaan kekonduksian terma

Undang-undang kekonduksian terma didasarkan pada hipotesis Fourier mengenai perkadaran aliran haba perbezaan suhu per unit panjang laluan pemindahan haba per unit masa. Secara berangka, pekali kekonduksian terma adalah sama dengan jumlah haba yang mengalir setiap unit masa melalui unit permukaan, dengan penurunan suhu pada unit panjang normal, sama dengan satu darjah.

Menurut undang-undang Fourier, ketumpatan permukaan fluks termal perkadaran

kecerunan suhu NALNA -:

Di sini multiplier X dipanggil pekali kekondukuran haba. Tanda minus menunjukkan bahawa haba ditransmisikan ke arah penurunan suhu. Jumlah haba yang diluluskan setiap unit masa melalui unit permukaan isoterma dipanggil kepadatan fluks haba:

Jumlah haba yang berlalu per unit masa melalui permukaan isoterma B dipanggil fluks haba:

O \u003d | Chib \u003d -1 -KDP ^ b. (1.3)

Jumlah jumlah haba yang melewati permukaan B semasa T, ditentukan dari persamaan

Dari \u003d -dl- ^ t. (1.4)

2. Keadaan kekonduksian terma sempadan

Terdapat pelbagai keadaan yang tidak dapat dibebaskan: geometri - mencirikan bentuk dan saiz badan di mana proses pengaliran haba; Fizikal - mencirikan sifat fizikal badan; Sementara - Mencirikan pengagihan suhu badan pada saat permulaan masa; Sempadan - mencirikan interaksi badan dengan alam sekitar.

Keadaan sempadan saya baik. Dalam kes ini, pengedaran suhu pada permukaan badan ditetapkan untuk setiap saat.

Syarat sempadan dari jenis II. Dalam kes ini, nilai kepadatan fluks haba diberikan untuk setiap titik permukaan badan pada bila-bila masa:

Yar \u003d saya (x, y, 2,1).

Syarat sempadan III Clan. Dalam kes ini, suhu medium T0 dan keadaan pertukaran haba medium ini dengan permukaan badan ditetapkan.

Keadaan sempadan IV genus terbentuk atas dasar kesamaan aliran haba yang melewati permukaan badan hubungan.

3. Pemasangan eksperimen untuk mengukur pekali kekonduksian terma

Kaedah moden untuk menentukan koefisien kekonduksian terma boleh dibahagikan kepada dua kumpulan: kaedah aliran haba pegun dan kaedah fluks haba yang tidak bergerak.

Dalam kumpulan kaedah pertama, aliran haba yang melewati badan atau sistem badan tetap kekal dalam saiz dan arah. Medan suhu adalah pegun.

Dalam kaedah mod tidak pegun, medan suhu digunakan dalam masa.

Dalam makalah ini, salah satu kaedah fluks haba pegun dari kolar digunakan.

Gambarajah blok pemasangan untuk mengukur kekonduksian haba sampel logam ditunjukkan dalam Rajah. satu.

Rajah. 1. FlowChart FlowChart.

Elemen utama pemasangan adalah pengubah pengurangan kuasa 7, penggulungan utama yang disambungkan ke model automatik jenis jenis yang kemudian 10, dan penggulungan sekunder yang diperbuat daripada bas tembaga bahagian rentas segi empat tepat, yang mempunyai enam pusingan , secara langsung dihubungkan dengan pengapit semasa tembaga yang besar 2, yang pada masa yang sama melaksanakan fungsi sink haba. Sampel yang dikaji 1 ditetapkan dalam pengapit semasa tembaga besar 2 menggunakan bolt tembaga yang besar (tidak ditunjukkan dalam angka), yang pada masa yang sama melaksanakan fungsi sinki haba. Kawalan suhu di pelbagai titik sampel ujian dijalankan dengan bantuan Chromel-Copel Thermocouple 3 dan 5, hujung kerja yang secara langsung ditetapkan pada permukaan silinder sampel 1 - satu di bahagian tengah sampel sampel , dan yang lain pada akhir sampel. Hujung percuma Thermocouple 3 dan 5 disambungkan ke DT-838 dan 6 mulimer, yang membolehkan pengukuran suhu dengan ketepatan 0.5 ° C. Pemanasan sampel dijalankan oleh pemanasan elektrik langsung dengan nadi pendek AC dari penggulungan sekunder pengubah kuasa 7. Pengukuran kekuatan semasa dalam sampel yang sedang dijalankan dijalankan dalam kaedah tidak langsung - dengan mengukur voltan di sekunder Penggulungan transformer litar 8, penggulungan utama yang merupakan kekuatan penggulungan sekunder pengubah kuasa 7, terlepas melalui pelepasan bebas dari teras magnet cincin. Pengukuran voltan sekunder pengubah semasa dijalankan oleh pelbagai dimensi 9.

Perubahan dalam arus nadi dalam sampel di bawah kajian dijalankan menggunakan autotransformer linear 10 (kemudian), penggulungan utama yang melalui fius rangkaian yang disambungkan 13 dan butang 12 disambungkan ke voltan voltan 220 V. Penurunan voltan Pada sampel di bawah kajian dalam mod pemanasan elektrik langsung dijalankan dengan Multimer 14, selari dengan yang kini disambungkan ke pengapit semasa 2. Pengukuran denyut nadi semasa dijalankan menggunakan jam randik elektrik 11 yang disambungkan ke penggulungan utama Linear Autotransformer 10 . Menghidupkan dan mematikan mod pemanasan sampel di bawah kajian disediakan oleh butang 12.

Apabila mengukur pekali kekonduksian terma pada pemasangan yang diterangkan di atas, adalah perlu untuk melaksanakan syarat-syarat berikut:

Homogenitas bahagian rentas sampel di bawah kajian sepanjang keseluruhan panjang;

Diameter sampel di bawah kajian harus berada dalam julat dari 0.5 mm hingga 3 mm (jika tidak, kuasa terma utama akan diperuntukkan dalam pengubah kuasa, dan tidak dalam sampel di bawah kajian).

Diagram pergantungan suhu dari panjang sampel ditunjukkan dalam Rajah. 2.

Rajah. 2. Ketergantungan suhu pada panjang sampel

Seperti yang dapat dilihat pada gambarajah, pergantungan suhu pada panjang sampel di bawah kajian adalah bersifat linear dengan maksimum yang jelas di bahagian tengah sampel, dan pada akhirnya tetap minimum (malar) dan sama dengan Suhu ambien semasa selang masa penubuhan mod pemindahan haba keseimbangan, yang untuk pemasangan eksperimen ini tidak melebihi 3 minit, iaitu. 180 saat.

4. Output formula kerja untuk pekali kekonduksian terma

Jumlah haba yang dikeluarkan dalam konduktor semasa laluan arus elektrik boleh ditentukan oleh undang-undang Joule - Lenza:

Qal \u003d 12 ^ \u003d dan saya saya, (4.1)

di mana dan, saya adalah voltan dan kekuatan semasa dalam sampel yang dikaji; Saya adalah rintangan sampel.

Jumlah haba yang dipindahkan melalui bahagian silang sampel di bawah kajian sepanjang selang masa t, dibuat dalam bentuk rod silinder-panjang-panjang £ dan seksyen 5, boleh dikira oleh Undang-undang Fourier (1.4):

QS \u003d I-YT-5- T, (4.2)

di mana 5 \u003d 2-5osn, 5osn \u003d ^ 4-, at \u003d 2-dt \u003d 2- (gta -gtk1); y £ \u003d d £ \u003d 1- £.

Di sini, pekali 2 dan 1/2 menunjukkan bahawa aliran haba diarahkan dari

pusat sampel ke hujungnya, iaitu. berpecah menjadi dua aliran. Kemudian

^^ B \u003d 8-y- (gtu -tt | p) -b ^. (4.3)

5. Perakaunan kerugian terma di permukaan sampingan

§Ozhr \u003d 2- BBC -DTHA, (5.1)

di mana bbok \u003d p-y-1; A - pekali pemindahan haba permukaan sampel yang dikaji dengan persekitaran yang mempunyai dimensi

Perbezaan suhu

DGH \u003d TX - T0KR, (5.2)

di mana TX adalah suhu pada titik sampel sampel ini; GOCR - suhu ambien boleh dikira dari persamaan linear pergantungan suhu sampel dari panjangnya:

TX \u003d T0 + KKH, (5.3)

di mana pekali sudut k boleh ditentukan melalui sudut tangen kecenderungan pergantungan linear suhu sampel dari panjangnya:

Dt t - t t - t

k \u003d f \u003d mt * \u003d tttt ttt \u003d 2 "cukai vr (5.4)

Ungkapan menggantikan (5.2), (5.3) dan (5.4) kepada persamaan (5.1), kita memperolehi:

SQAUP \u003d 2A-ND ■ DX ■ (+ KX-T0KR) DT,

di mana t0 tszhr.

8q0kp \u003d 2a.nd ■ KX ■ DX ■ DT. (5.5)

Selepas mengintegrasikan ungkapan (5.5), kita dapat:

Q0kp \u003d 2 ■ dk j jdt ■ x ■ dx \u003d 2nd-a-k ■ -I - | ■ t \u003d -4a ^ n ■ K ■ I2 ■ t. (5.6)

Penggantian ungkapan yang diperoleh (4.1), (4.3) dan (5.6) ke dalam persamaan keseimbangan haba animasi \u003d derung dari + QS, di mana Quill \u003d Qal, kita memperoleh:

Uit \u003d 8 ■ x ■ S ^ ^ n ■ d ■ - (tmax - to) ■ T.

Menyelesaikan persamaan yang dihasilkan mengenai pekali kekonduksian haba, kami memperolehi:

dan1 a £ 2, l

Ekspresi yang dihasilkan membolehkan menentukan pekali kekonduksian haba rod logam nipis selaras dengan pengiraan untuk sampel biasa di bawah kajian dengan ralat relatif

AU F (AI F (L (LH) ^ (AT2

tidak melebihi 1.5%.

Bibliografi

1. Sivukhin, D. V. Kursus Umum Fizik / D. V. Sivukhin. - M.: Sains, 1974. - T. 2. - 551 p.

2. Rudin, A.V. Kajian proses kelonggaran struktur di kemudahan pembentuk kaca dengan pelbagai mod penyejuk / A. V. Rudin / / Berita institusi pendidikan tinggi. Wilayah Volga. Sains semula jadi. - 2003. - № 6. - P. 123-137.

3. Pavlov, P. V. Fizik Pepejal: Kajian. Manual untuk pelajar yang belajar dalam kepakaran "Fizik" / P. V. Pavlov, A. F. Khokhlov. - m.: Lebih tinggi. Shk., 1985. - 384 p.

4. Berman, Kekonduksian terma Pepejal Tel / R. Berman. - M., 1979. - 287 p.

5. Livshits, B. G. Sifat fizikal logam dan aloi / B. G. Livvitz, V. S. Krapshin. - m.: Metalurgi, 1980. - 320 p.

Luzina Anna Vyacheslavovna Luzina Anna Vyacheslavovna

sarjana, Pelajar Ijazah Sarjana,

Penza State University of Penza State University e-mel: [E-mel Protected]

Rudin Alexander Vasilyevich.

calon Sains Fizikal dan Matematik, Profesor Madya, Timbalan Ketua Jabatan Fizik, E-mel Universiti Negeri Penza: [E-mel Protected]

Rudin Aleksandr Vasil "Evich

calon Sains Fizikal dan Matematik, Profesor Madya,

timbalan Ketua Sub-Jabatan Fizik, Penza State University

UDC 536.2.083; 536.2.081.7; 536.212.2; 536.24.021 Luzina, A.V.

Mengukur kekonduksian terma sampel logam oleh aliran haba pegun /

A. V. Luzina, A. V. Rudin // Bulletin of the Penza State University. - 2016. - № 3 (15). -Dari. 76-82.

Selaras dengan keperluan Undang-undang Persekutuan No. 261-FZ "mengenai penjimatan tenaga", keperluan untuk kekonduksian haba pembinaan dan bahan penebat haba di Rusia diperketat. Hari ini, pengukuran kekonduksian haba adalah salah satu item mandatori apabila membuat keputusan mengenai penggunaan bahan sebagai penebat haba.

Mengapa perlu mengukur kekonduksian haba dalam pembinaan?

Kawalan kekonduksian haba pembinaan dan bahan penebat haba dijalankan di semua peringkat pensijilan dan pengeluaran mereka dalam keadaan makmal, apabila bahan-bahan terdedah kepada pelbagai faktor yang mempengaruhi sifat operasinya. Terdapat beberapa kaedah biasa untuk mengukur kekonduksian terma. Untuk ujian makmal yang tepat bahan kekonduksian terma yang rendah (di bawah 0.04 - 0.05 W / M * K), adalah disyorkan untuk menggunakan instrumen yang menggunakan kaedah fluks haba pegun. Permohonan mereka dikawal oleh GOST 7076.

Interpribor menawarkan meter kekonduksian terma, harga yang bermanfaat dari pasaran yang ada dan memenuhi semua keperluan moden. Ia bertujuan untuk mengawal makmal kualiti pembinaan dan bahan penebat haba.

Kelebihan kekonduksian haba-1

Meter kekonduksian haba-1nya mempunyai prestasi monoblock asal dan dicirikan oleh kelebihan berikut:

• kitaran pengukuran automatik;
• laluan berukuran ketepatan tinggi yang membolehkan anda menstabilkan suhu peti sejuk dan pemanas;
• kemungkinan lulusan peranti untuk jenis bahan individu yang di bawah kajian, yang meningkatkan lagi ketepatan keputusan;
• menilai penilaian hasil dalam proses pengukuran;
• dioptimumkan zon keselamatan "panas";
• paparan grafik informatif, memudahkan kawalan dan analisis hasil pengukuran.

Ia-1 dibekalkan dalam satu pengubahsuaian asas, yang, atas permintaan pelanggan, boleh ditambah dengan sampel kawalan (Plexiglass dan Penplex), sebuah kotak untuk bahan-bahan pukal dan coofer pelindung untuk menyimpan dan mengangkut instrumen.

Untuk mengukur kekonduksian haba, banyak kaedah yang digunakan pada masa lalu. Pada masa ini, sesetengah daripada mereka sudah ketinggalan zaman, tetapi teori mereka kini menarik, kerana mereka berdasarkan penyelesaian persamaan pepejal untuk sistem mudah yang sering dijumpai dalam amalan.

Pertama sekali, perlu diperhatikan bahawa sifat terma apa-apa bahan yang ditunjukkan dalam pelbagai kombinasi; Walau bagaimanapun, jika kita menganggap mereka sebagai ciri-ciri bahan, mereka boleh ditentukan dari pelbagai eksperimen. Kami menyenaraikan ciri-ciri terma utama badan dan eksperimen dari mana mereka ditentukan: a) Pekali kekonduksian haba diukur dalam mod percubaan pegun; b) kapasiti haba yang dikaitkan dengan unit volume, yang diukur oleh kaedah calorimetric; c) Nilai diukur dengan cara eksperimen pegun berkala; d) Teterolution X, diukur semasa eksperimen tidak pegun. Malah, kebanyakan eksperimen yang dijalankan dalam mod nonstationari, pada dasarnya, membolehkan definisi dan definisi

Kami terangkan secara ringkas di sini kaedah yang paling biasa dan menunjukkan bahagian-bahagian di mana ia dipertimbangkan. Pada asasnya, kaedah-kaedah ini dibahagikan kepada mereka yang pengukuran dijalankan dalam mod pegun (kaedah mod pesakit), dengan pemanasan berkala dan dalam mod tidak bergerak (kaedah mod tidak pegun); Seterusnya, mereka dibahagikan kepada kaedah yang digunakan dalam kajian konduktor yang buruk dan semasa kajian logam.

1. Kaedah rejim pegun; Konduktor yang buruk. Dalam kaedah ini, keadaan eksperimen utama yang diikuti dalam § 1 bab ini harus dilakukan dengan tepat, dan bahan yang di bawah kajian harus mempunyai bentuk rekod. Dalam varian lain kaedah, anda boleh meneroka bahan dalam bentuk silinder berongga (lihat § 2 ch. Vii) atau bidang sfera (lihat § 2 ch. Ix). Kadang-kadang bahan di bawah kajian di mana pas haba mempunyai bentuk batang tebal, tetapi dalam hal ini teori ini lebih kompleks (lihat §§ 1, 2 Ch. VI dan § 3 Ch. VIII).

2. Kaedah terma rejim pegun; Logam. Dalam kes ini, sampel logam dalam bentuk rod biasanya digunakan, hujung yang dikekalkan pada suhu yang berbeza. Rod separuh bingkai dianggap dalam § 3 ch. Iv, dan terminal panjang akhir - dalam § 5 ch. Iv.

3. Kaedah elektrik rejim pegun, logam. Dalam kes ini, sampel logam dalam bentuk dawai dipanaskan, melewati ia arus elektrik, dan hujungnya dikekalkan pada suhu yang ditentukan (lihat § 11 Ch. IV dan contoh IX § 3 Ch. VIII). Anda juga boleh menggunakan kes aliran haba radial dalam dawai yang dipanaskan dengan arus elektrik (lihat contoh v § 2 Ch. VII).

4. Kaedah mod pegun yang bergerak cecair. Dalam kes ini, suhu cecair bergerak di antara kedua-dua tangki di mana suhu yang berbeza dikekalkan (lihat § 9, ch. IV).

5. Kaedah pemanasan berkala. Dalam kes ini, keadaan di hujung rod atau plat berubah dengan tempoh dengan mencapai keadaan mantap mengukur suhu pada titik tertentu sampel. Kes rod separa dikurangkan dianggap dalam § 4 ch. Iv, dan rod panjang akhir adalah dalam § 8 bab yang sama. Kaedah yang sama digunakan untuk menentukan suhu tanah pada turun naik suhu yang disebabkan oleh pemanasan solar (cm, § 12 ch. Ii).

Baru-baru ini, kaedah ini mula memainkan peranan penting dalam mengukur suhu rendah; Mereka juga mempunyai kelebihan yang dalam teori sistem yang agak kompleks, anda boleh menggunakan kaedah yang dibangunkan untuk kajian gelombang elektrik (lihat § 6 Ch. dan).

6. Kaedah rejim bukantationary. Pada masa lalu, kaedah rejim tidak pegun digunakan sedikit kurang daripada kaedah rejim pegun. Kelemahan mereka terletak pada kesukaran untuk menubuhkan bagaimana keadaan sempadan yang sah dalam eksperimen adalah konsisten dengan syarat-syarat yang dirumuskan oleh teori itu. Untuk mengambil kira percanggahan ini (contohnya, apabila datang untuk menghubungkan rintangan di sempadan) sangat sukar, dan ini lebih penting untuk kaedah yang ditentukan daripada kaedah mod pegun (lihat § 10 Ch. II). Pada masa yang sama, kaedah rejim tidak pegun sendiri mempunyai kelebihan yang terkenal. Oleh itu, beberapa kaedah ini sesuai untuk menjalankan pengukuran yang sangat cepat dan untuk mengambil kira perubahan suhu kecil; Di samping itu, beberapa kaedah boleh digunakan di tempat, tanpa menyampaikan sampel ke makmal, yang sangat diingini, terutamanya dalam kajian bahan seperti tanah dan batu. Dalam kebanyakan kaedah lama, hanya segmen terakhir grafik yang digunakan; pergantungan suhu tepat pada waktunya; Dalam kes ini, penyelesaian persamaan yang sama dinyatakan oleh satu ahli eksponen. Dalam § 7 ch. Iv, § 5 ch. Vi, § 5 ch. Viii dan § 5 ch. IX menganggap kes penyejukan badan bentuk geometri yang mudah dengan pemindahan haba linear dari permukaannya. Dalam § 14 ch. IV menganggap kes suhu tidak bergerak dalam dawai yang dipanaskan dengan kejutan elektrik. Dalam sesetengah kes, keseluruhan perubahan suhu digunakan pada titik (lihat § 10 Ch. II dan § 3 Ch. Iii).

Tujuan kerja: Kajian teknik definisi eksperimen dari pekali

kekonduksian haba bahan pepejal oleh kaedah plat.

Tugas: satu. Tentukan pekali kekonduksian terma bahan yang sedang diajar.

2. Tentukan pergantungan koefisien kekonduksian haba pada suhu

bahan di bawah kajian.

Peruntukan asas.

Pertukaran haba.- Ini adalah proses pemindahan haba yang tidak dapat dipulihkan secara spontan di ruang dengan kehadiran perbezaan suhu. Terdapat tiga kaedah utama pemindahan haba, yang jauh berbeza di kalangan mereka dalam sifat fizikal mereka:

kekonduksian terma;

perolakan;

radiasi haba.

Dalam praktiknya, haba, sebagai peraturan, dipindahkan serentak dalam beberapa cara, tetapi pengetahuan tentang proses-proses ini adalah mustahil tanpa mempelajari proses pertukaran haba asas.

Kekonduksian termaia dipanggil proses pemindahan haba kerana gerakan haba mikropartikel. Dalam gas dan cecair, kekonduksian haba pemindahan haba dijalankan oleh penyebaran atom dan molekul. Dalam pepejal, pergerakan bebas atom dan molekul sepanjang jumlah bahan adalah mustahil dan hanya dikurangkan kepada pergerakan oscillatory mereka berbanding dengan kedudukan keseimbangan tertentu. Oleh itu, proses kekonduksian terma dalam pepejal adalah disebabkan oleh peningkatan dalam amplitud oscillations yang diedarkan dalam jumlah badan yang disebabkan oleh perturbasi bidang kuasa antara zarah berayun. Dalam logam, kekonduksian haba pemindahan haba berlaku bukan sahaja disebabkan oleh ayunan ion dan atom yang terletak di dalam nod kekisi kristal, tetapi juga disebabkan oleh pergerakan elektron bebas yang membentuk apa yang dipanggil "gas elektronik". Oleh kerana kehadiran pembawa tenaga haba tambahan dalam logam dalam bentuk elektron bebas, kekonduksian haba logam adalah jauh lebih tinggi daripada dielektrik pepejal.

Apabila mengkaji proses kekonduksian terma, konsep asas berikut digunakan:

Kuantiti haba (T.  ) - Tenaga haba, melewati seluruh proses permukaan kawasan sewenang-wenangnya. Dalam sistem SI diukur dalam Joule (J).

Stream Termal (Kuasa Thermal) (T.) - Jumlah haba yang berlalu per unit masa melalui permukaan kawasan yang sewenang-wenangnya.

Dalam sistem, fluks haba diukur dalam watt (W).

Ketumpatan fluks haba (t.) - Jumlah haba yang berlalu per unit masa melalui unit permukaan.

Dalam sistem SI diukur dalam w / m 2.

Bidang suhu- Set nilai suhu pada saat masa dalam semua titik ruang yang diduduki oleh badan. Jika suhu di semua titik medan suhu dari masa ke masa tidak berubah, maka medan ini dipanggil pegunJika berubah, maka - nonstationary..

Permukaan yang dibentuk oleh mata yang mempunyai suhu yang sama dipanggil isothermal..

Kecerunan suhu (grad.T.) - Vektor yang diarahkan oleh biasa ke permukaan isoterma ke arah peningkatan suhu dan berangka, ditakrifkan sebagai had nisbah perubahan suhu antara dua permukaan isoterma dengan jarak antara mereka dengan normal, apabila jarak ini cenderung kepada sifar. Atau dengan kata lain, kecerunan suhu berasal dari suhu ke arah ini.

Kecerunan suhu mencirikan kadar suhu ke arah normal ke permukaan isoterma.

Proses kekonduksian terma mencirikan undang-undang utama kekonduksian haba - undang-undang Fourier(1822). Menurut undang-undang ini, ketumpatan fluks haba yang dihantar melalui kekonduksian terma adalah berkadar secara langsung dengan kecerunan suhu:

di mana kekonduksian -termal bahan, w / (mgrad).

Tanda (-) menunjukkan bahawa fluks haba dan kecerunan suhu bertentangan dengan arah.

Pekali kekonduksian termamenunjukkan jumlah haba yang ditransmisikan setiap unit masa melalui unit permukaan pada kecerunan suhu sama dengan satu.

Pekali kekonduksian terma adalah ciri termophysi yang penting dari bahan dan pengetahuannya adalah perlu apabila melakukan pengiraan haba yang berkaitan dengan definisi kerugian haba melalui struktur yang melekat bangunan dan struktur, dinding mesin dan peranti, pengiraan penebat haba, sebagai dan ketika menyelesaikan masalah masalah kejuruteraan lain.

Satu lagi undang-undang penting dalam kekonduksian terma - fourier-Kirchhoff.Menentukan sifat perubahan suhu dalam ruang dan dalam masa dengan kekonduksian terma. Lain namanya - persamaan kebezaan kekonduksian habaKerana ia diperolehi dengan kaedah teori analisis matematik berdasarkan undang-undang Fourier. Untuk medan suhu tanpa had 3 dimensi, persamaan pembezaan kekonduksian haba adalah seperti berikut:

,

di mana sahaja
- Pekali suhu mencirikan sifat haba bahan,

, C p, , masing-masing, pekali kekonduksian haba, haba isobaric dan ketumpatan bahan;

- Pengendali Laplace.

Untuk medan suhu pegun satu dimensi (
) Persamaan kekonduksian terma yang berbeza memperoleh suatu bentuk yang mudah

Mengintegrasikan persamaan (1) dan (2), adalah mungkin untuk menentukan kepadatan fluks haba melalui badan dan undang-undang perubahan dalam suhu di dalam badan dengan pemindahan haba pemindahan haba. Untuk mendapatkan penyelesaian, anda mesti tugas syarat-syarat yang tidak dapat dibebaskan.

Syarat-syarat yang tidak jelas- Ini adalah data peribadi tambahan yang mencirikan tugas yang dipersoalkan. Mereka termasuk:

Keadaan geometri yang mencirikan bentuk dan saiz badan;

Keadaan fizikal yang mencirikan sifat fizikal badan;

syarat sementara (awal) mencirikan pengedaran suhu pada saat permulaan masa;

keadaan sempadan yang mencirikan ciri-ciri pertukaran haba di sempadan badan. Membezakan keadaan sempadan klan ke-1, ke-2 dan ke-3.

Untuk keadaan sempadan genus pertamapengagihan suhu pada permukaan badan ditetapkan. Dalam kes ini, adalah perlu untuk menentukan ketumpatan fluks haba melalui badan.

Untuk keadaan sempadan jenis ke-2ketumpatan fluks haba dan suhu salah satu permukaan badan diberikan. Ia dikehendaki untuk menentukan suhu permukaan lain.

Di bawah keadaan sempadan jenis ketigasyarat pemindahan haba antara permukaan badan dan media yang membasuh mereka di luar diketahui. Menurut data ini, ketumpatan fluks haba ditentukan. Kes ini merujuk kepada proses pemindahan haba bersama dengan kekonduksian haba dan konveksi, yang dipanggil pemindahan haba.

Pertimbangkan contoh yang paling mudah untuk kes kekonduksian terma melalui dinding rata. Ratamereka memanggil dinding, ketebalan yang jauh kurang daripada dua saiz lain - panjang dan lebar. Dalam kes ini, keadaan ketidaksanggupan boleh diberikan seperti berikut:

geometric.: Ketebalan dinding yang diketahui. Medan suhu adalah satu dimensi, akibatnya suhu hanya berbeza-beza di arah paksi X dan fluks haba diarahkan dengan normal ke permukaan dinding;

fizikal: Bahan dinding yang diketahui dan pekali kekonduksian terma, dan untuk seluruh badan \u003d const;

sementara: Medan suhu dalam masa tidak berubah, iaitu. adalah pegun;

keadaan sempadan: Genus 1, komponen suhu dinding 1 ia 2.

Ia dikehendaki untuk menentukan undang-undang perubahan suhu dalam ketebalan dinding T \u003d F (x) dan ketumpatan fluks haba melalui Wallq.

Untuk menyelesaikan masalah, gunakan persamaan (1) dan (3). Dengan mengambil kira syarat sempadan yang diterima (pada x \u003d 0t \u003d t 1; pada x \u003d t \u003d t 2) selepas integrasi dua kali persamaan (3) kita memperoleh undang-undang perubahan dalam ketebalan dinding

,

Pengagihan suhu di dinding rata ditunjukkan dalam Rajah 1.

Rajah 1. Pengagihan suhu di dinding rata.

Ketumpatan fluks haba kemudian ditentukan mengikut ungkapan

,

Penentuan pekali kekonduksian terma tidak dapat memberikan ketepatan hasil yang diperlukan untuk amalan kejuruteraan moden, jadi definisi eksperimennya tetap satu-satunya cara yang boleh dipercayai.

Salah satu kaedah penentuan eksperimen yang diketahui adalah kaedah lapisan rata. Mengikut kaedah ini, pekali kekonduksian terma bahan dinding pesawat dapat ditentukan berdasarkan persamaan (5)

;

Dalam kes ini, nilai yang diperolehi dari pekali kekonduksian haba merujuk kepada nilai suhu purata t m \u003d 0.5 (t 1 + t 2).

Walaupun kesederhanaan fizikalnya, pelaksanaan praktikal kaedah ini mempunyai kesulitan tersendiri yang berkaitan dengan kesukaran untuk mewujudkan medan suhu pegun satu dimensi dalam sampel yang dikaji dan mengambil kira kerugian terma.

Penerangan mengenai pendirian makmal.

Penentuan pekali kekondukuran haba dijalankan ke atas persediaan makmal berdasarkan kaedah pemodelan simulasi proses fizikal sebenar. Pemasangan terdiri daripada pevm yang berkaitan dengan susun atur plot operasi, yang dipaparkan pada skrin monitor. Plot kerja dicipta oleh analogi dengan sebenar dan skema yang dibentangkan dalam Rajah. 2.

Rajah.2. Pemasangan Skim Pemasangan

Plot kerja terdiri daripada 2 sampel fluoroplastik 12, dibuat dalam bentuk cakera tebal  \u003d 5 mm dan diameterd \u003d 140 mm. Sampel diletakkan di antara pemanas 10 ketinggian \u003d 12 mm dan diameter H \u003d 146 mm dan peti sejuk 11, disejukkan dengan air. Mewujudkan fluks haba dilakukan oleh elemen pemanasan dengan penambahan elektrik \u003d 41 ohm dan peti sejuk 11 dengan alur spiral untuk peredaran arah air penyejuk. Oleh itu, fluks haba yang melalui sampel fluoroplastik yang dipelajari dilakukan melalui peti sejuk dengan air. Sebahagian daripada haba dari pemanas melepasi permukaan akhir ke dalam persekitaran, oleh itu, untuk mengurangkan kerugian radial ini, selongsong haba-penebat 13, diperbuat daripada asbecement ( k \u003d 0.08 w / (mgrad)), disediakan . Ketinggian selongsong к \u003d 22 mm dibuat dalam bentuk silinder berongga dengan diameter dalaman H \u003d 146 mm dan diameter luaran K \u003d 190 mm. Suhu diukur oleh tujuh Thermocouple Thermocouple (jenis HC). 1 ... 7, dipasang di pelbagai titik kawasan kerja. Suis sensor suhu 15 membolehkan anda untuk berturut-turut mengukur thermo-emf dari semua tujuh sensor suhu. Thermocouple 7 dipasang pada permukaan luar selongsong haba-penebat untuk menentukan kebocoran haba melalui itu.

Prosedur untuk menjalankan kerja.

3.1. Mod suhu pemasangan dipilih dengan menetapkan suhu permukaan panas plat T g Ranging dari 35 ° C hingga 120 ° C.

3.2. Pada alat kawalan jauh pemasangan, peranti bekalan kuasa peranti penunjuk merakam voltan pada pemanas elektrik anda, sensor suhu termo-emf dihidupkan suis togol pemanasan.

3.3. Lancar berputar permaidani rheostat, voltan yang dikehendaki dipasang pada pemanas. Rakan semula dibuat dalam versi melangkah, jadi voltan berubah mengikut langkah. Ketegangan suhu harus sesuai dengan satu sama lain mengikut pergantungan pada Rajah.3.

Rajah.3. Zon kerja pemanasan.

3.4. Dengan pengundian berurutan sensor suhu menggunakan suis 15, nilai thermo-emf tujuh thermocouples ditentukan, yang, bersama-sama dengan nilai, tertulis dalam protokol percubaan (lihat Jadual 1). Pendaftaran pembacaan dibuat oleh peranti penunjuk pada panel kawalan, pembacaan yang diduplikasi pada monitor PEVM.

3.5. Pada akhir pengalaman, semua pihak berkuasa pemasangan pengawalseliaan dipindahkan ke kedudukan asalnya.

3.6. Eksperimen berulang dijalankan (nombor mereka mestilah sekurang-kurangnya 3) dan dengan nilai-nilai lain t r mengikut cara yang ditetapkan oleh P.P. 3.1 ... 3.5.

Keputusan pengukuran pemprosesan.

4.1. Dengan ciri-ciri tamat pengajian dari pembacaan sensor suhu Thermocoup Chromel-Copiel mereka dipindahkan ke darjah pada skala Kelvin. .

4.2. Suhu purata permukaan yang panas dan luar dalam sampel yang ditentukan.

di mana saya adalah nombor termokopel.

4.3. Aliran haba lengkap yang dibuat oleh pemanas elektrik ditentukan.

, T.

di mana anda adalah voltan arus elektrik, dalam;

R \u003d 41 ohm - rintangan pemanas elektrik.

4.4. Aliran haba ditentukan kerana pemindahan haba melalui selongsong

di mana koefisien K- mencirikan proses pemindahan haba melalui selongsong.

, W / (m 2 grad)

di mana  k \u003d 0.08 w / (mgrad) adalah pekali kekonduksian terma bahan sarung;

d h \u003d 0.146 m - diameter luar pemanas;

d k \u003d 0.190 m - diameter luar selongsong;

h \u003d 0.012 m - ketinggian pemanas;

h k \u003d 0.022 m - Ketinggian selongsong.

T t - suhu permukaan luar selongsong, ditentukan oleh termokopel ke-7

4.5. Aliran haba yang melewati sampel di bawah kajian ditentukan oleh kekonduksian terma

, T.

4.6. Pekali kekonduksian terma bahan ujian ditentukan.

, W / (mgrad)

di mana Q  adalah fluks haba yang melalui sampel yang dikaji dengan cara kekonduksian terma, W;

 \u003d 0.005 m - ketebalan sampel;

- kawasan permukaan satu sampel, m 2;

d \u003d 0.140 m - diameter sampel;

T g, t x - suhu, masing-masing, permukaan panas dan sejuk sampel, K.

4.7. Koefisien kekonduksian terma bergantung kepada suhu, jadi nilai-nilai yang diperoleh disambungkan kepada suhu sampel purata.

Keputusan pemprosesan data yang berpengalaman direkodkan dalam Jadual 1.

Jadual 1.

Keputusan pengukuran dan pemprosesan data yang berpengalaman

4.8. Menggunakan kaedah grafoanalytic untuk memproses hasil yang diperoleh, pergantungan pekali kekonduksian terma yang dikaji bahan suhu purata sampel m dalam bentuk

di mana  0 ib- ditentukan dengan grafik berdasarkan analisis pencirian pergantungan \u003d f (t m).

Soalan Kawalan

Apakah kaedah utama pemindahan haba?

Apa yang dipanggil kekonduksian haba?

Apakah ciri-ciri mekanisme kekonduksian haba dalam konduktor dan dielektrik pepejal?

Undang-undang apa yang menggambarkan proses pengaliran haba?

Apa yang dipanggil dinding rata?

Apakah keadaan sempadan?

Apakah watak perubahan suhu di dinding rata?

Apakah makna fizikal pekali kekonduksian haba?

Apakah pengetahuan tentang pekali kekonduksian terma pelbagai bahan dan bagaimana nilainya ditentukan?

Apakah ciri-ciri metodologi kaedah lapisan rata?

Prosiding dalam perolakan percuma

Tujuan kerja: Untuk mengkaji pola pertukaran haba yang konvensional atas contoh pemindahan haba di perolakan percuma untuk kes-kes aliran melintang dan membujur permukaan yang dipanaskan. Beli kemahiran memproses keputusan eksperimen dan mewakili mereka dalam bentuk umum.

Tugas:

1. Untuk menentukan nilai eksperimen pekali pemindahan haba dari silinder mendatar dan silinder menegak ke medium dengan perolakan percuma.

2. Dengan memproses data eksperimen untuk mendapatkan parameter persamaan kriteria yang mencirikan proses perolakan percuma berbanding dengan permukaan mendatar dan menegak.

Peruntukan teoritis asas.

Terdapat tiga kaedah utama pemindahan haba, berbeza dengan satu sama lain dalam sifat fizikal mereka:

kekonduksian terma;

perolakan;

radiasi haba.

Dengan kekonduksian terma, pembawa tenaga haba adalah mikropartikel bahan - atom dan molekul, dengan radiasi haba - gelombang elektromagnetik.

Perolakan- Ini adalah kaedah pemindahan haba kerana memindahkan jumlah makroskopik bahan dari satu titik ruang yang lain.

Oleh itu, perolakan hanya mungkin dalam persekitaran dengan harta kebocoran - gas dan cecair. Dalam teori pertukaran haba, mereka biasanya ditunjukkan oleh istilah itu "cecair"Tanpa menjalankan perbezaan jika tidak perlu untuk berunding, antara cecair dan gas titisan. Proses memindahkan konveksi haba, sebagai peraturan, disertai dengan kekonduksian terma. Proses sedemikian dipanggil pertukaran haba konveksi.

Pertukaran haba konveksi- Ini adalah proses bersama konveksi pemindahan haba dan kekonduksian haba.

Dalam amalan kejuruteraan, ia paling kerap berurusan dengan proses pertukaran haba yang konveksi antara permukaan pepejal (contohnya, permukaan dinding relau, peranti pemanasan, dan lain-lain) dan cecair sedang membasuh permukaan ini. Proses ini dipanggil tekan Panas.

Potong panas.- Kes khas pertukaran haba konvensional antara permukaan pepejal (dinding) dan cecair yang mengalir.

Membezakan dipaksa dan bebas (semula jadi)perolakan.

Konveksi yang dipaksaia berlaku di bawah tindakan tekanan tekanan, yang dicipta secara paksa, sebagai contoh, pam, kipas, dll.

Konvensyen percuma atau semulajadiia berlaku di bawah tindakan pasukan massa yang mempunyai sifat yang berbeza: graviti, sentrifugal, elektromagnetik, dll.

Di Bumi, konveksi percuma berlaku dalam keadaan graviti, jadi ia dipanggil konvensyen Graviti Thermal.. Daya penggerak proses dalam kes ini adalah daya pengangkat, yang berlaku dalam medium di hadapan ketidakhadiran dalam pengagihan kepadatan dalam jumlah yang sedang dipertimbangkan. Dengan pertukaran haba, ketidakhadiran seperti itu berlaku kerana fakta bahawa unsur-unsur individu dari media boleh berada pada suhu yang berbeza. Pada masa yang sama, lebih dipanaskan, dan oleh itu, unsur-unsur yang kurang padat dari medium di bawah tindakan daya mengangkat akan bergerak ke atas, membawa dengan mereka kehangatan, dan paling sejuk, dan oleh itu, unsur-unsur yang lebih padat dari medium akan mengalir ke tempat yang dibebaskan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah. satu.

Rajah. 1. Sifat pergerakan aliran dalam cecair semasa konveksi percuma

Sekiranya sumber haba kekal terletak di tempat ini, maka apabila dipanaskan, ketumpatan unsur-unsur yang dipanaskan dari medium akan berkurangan, dan mereka juga akan mula muncul. Oleh itu, sementara perbezaan kepadatan unsur-unsur individu dari media akan berlaku, kitaran mereka akan diteruskan, iaitu. Konveksi percuma akan diteruskan. Konvensyen percuma yang berlaku di kawasan-kawasan yang besar di alam sekitar, di mana tiada apa yang menghalang perkembangan aliran konveksi, dipanggil pERCUMA PERCUMA DI RUANG UNLIMITED. Convection percuma dalam ruang yang tidak terhad, sebagai contoh, berlaku apabila memanaskan premis, air pemanasan dalam dandang air panas dan banyak kes lain. Sekiranya perkembangan aliran konveksi menghalang dinding saluran atau alasan, yang dipenuhi dengan bendalir, maka proses dalam hal ini dipanggil konvensyen percuma di ruang terhad. Proses sedemikian berlaku, sebagai contoh, dengan pertukaran haba di dalam pesawat antara bingkai tingkap.

Undang-undang utama yang menerangkan proses pertukaran haba yang konvensional - undang-undang Newton Richmana. Dalam bentuk analisis untuk rejim suhu pegun pertukaran haba, ia mempunyai bentuk berikut:

,

di mana sahaja
- Jumlah haba asas, yang diberikan untuk tempoh masa yang rendah
dari kawasan permukaan asas
;

- Suhu dinding;

- Suhu cecair;

- Pekali pemindahan haba.

Pekali pemindahan habamenunjukkan bagaimana jumlah haba diberikan setiap unit masa dari unit permukaan dengan perbezaan suhu antara dinding dan cecair dalam satu darjah. Unit pengukuran pekali pemindahan haba dalam sistem C - w / m 2 ∙ grad. Dengan proses mantap yang mantap, pekali pemindahan haba boleh ditentukan dari ungkapan:

, W / m 2 ∙ grad

di mana sahaja - Stream terma, W;

- Permukaan kawasan pertukaran haba, m 2;

- Tekanan suhu antara permukaan dan cecair, hujan es.

Pekali pemindahan haba mencirikan intensiti pertukaran haba antara dinding dan cecair mencuci. Dalam sifat fizikalnya, pertukaran haba yang konvensional adalah proses yang sangat kompleks. Pekali pemindahan haba bergantung kepada sejumlah besar parameter yang berbeza - sifat fizikal bendalir, sifat aliran bendalir, kadar aliran cecair, saiz dan bentuk saluran, serta banyak faktor lain. Dalam hal ini, adalah mustahil untuk memberikan pergantungan secara keseluruhan untuk mencari pekali pemindahan haba teoretikal

Pekali pemindahan haba adalah paling tepat dan pasti ditentukan oleh laluan eksperimen berdasarkan persamaan (2). Walau bagaimanapun, dalam amalan kejuruteraan, apabila mengira proses pertukaran haba dalam pelbagai peranti teknikal, sebagai peraturan, tidak mungkin untuk melaksanakan penentuan eksperimen nilai pekali pemindahan haba dalam kemudahan lapangan sebenar disebabkan oleh kerumitan dan kos yang tinggi Eksperimen ini. Dalam kes ini, untuk menyelesaikan tugas menentukan bantuan itu datang teori persamaan.

Kepentingan praktikal utama teori persamaan adalah bahawa ia membolehkan kita meringkaskan hasil pengalaman yang berasingan yang dijalankan ke atas model dalam keadaan makmal, pada keseluruhan kelas proses sebenar dan objek yang serupa dengan proses yang dipelajari pada model. Konsep persamaan, terkenal dengan bentuk geometri, juga boleh diagihkan kepada sebarang proses dan fenomena fizikal.

Kelas fenomena fizikal- Ini adalah gabungan fenomena yang boleh digambarkan oleh satu sistem persamaan yang sama dan mempunyai sifat fizikal yang sama.

Fenomena unit.- Ini adalah sebahagian daripada kelas fenomena fizikal, dibezakan oleh keadaan tertentu ketidakseimbangan (geometri, fizikal, awal, sempadan).

Fenomena yang sama- Sekumpulan fenomena satu kelas dengan keadaan yang tidak jelas, kecuali nilai berangka nilai-nilai yang terkandung dalam keadaan ini.

Teori persamaan adalah berdasarkan fakta bahawa kuantiti fizikal dimensi yang mencirikan fenomena ini boleh digabungkan ke dalam kompleks dimensi, Jadi, supaya jumlah kompleks ini akan kurang daripada bilangan nilai dimensi. Diterima kompleks tanpa dimakan dipanggil kriteria seperti. Kriteria persamaan mempunyai makna fizikal tertentu dan mencerminkan kesan bukan satu kuantiti fizikal, dan semua kombinasi mereka, yang termasuk dalam kriteria, yang dengan ketara memudahkan analisis proses yang dikaji. Proses itu sendiri dalam kes ini boleh diwakili sebagai pergantungan analitik.
antara kriteria persamaan
mencirikan pihak masing-masing. Ketergantungan sedemikian dipanggil persamaan kriteria.. Kriteria persamaan yang diterima nama mengenai nama-nama saintis yang telah memberi sumbangan penting kepada pembangunan hidrodinamik dan teori pertukaran haba - Nusselt, Prandtle, Graolsgof, Reynolds, Kirpicheva dan lain-lain.

Teori persamaan adalah berdasarkan kepada teorem persamaan ke-3.

Teorem 1:

Fenomena yang sama mempunyai kriteria persamaan yang sama.

Teorem ini menunjukkan bahawa dalam eksperimen, hanya kuantiti fizikal yang terkandung dalam kriteria persamaan harus diukur.

Teorem ke-2:

Persamaan matematik awal yang mencirikan fenomena fizikal ini dapat diwakili sebagai hubungan antara kriteria persamaan yang mencirikan fenomena ini.

Persamaan ini dipanggil kriteria. Teorem ini menunjukkan bahawa eksperimen hendaklah dikemukakan dalam bentuk persamaan kriteria.

Teorem ke-3.

Fenomena di mana kriteria persamaan yang disediakan dari keadaan definisi adalah sama.

Teorem ini mentakrifkan keadaan yang diperlukan untuk mewujudkan persamaan fizikal. Kriteria persamaan yang disusun dari keadaan ketidaksanggupan dipanggil menentukan. Mereka menentukan kesamaan semua yang lain atau didefinisikankriteria kesamaan, yang sebenarnya sudah menjadi subjek teorem persamaan pertama. Oleh itu, teorem persamaan ke-3 berkembang dan memperdalam Teorem 1.

Apabila mengkaji pertukaran haba yang konvensional, kriteria persamaan berikut paling sering digunakan.

Kriteria Reynolds (Semula.) - Mencirikan nisbah antara daya inersia dan daya geseran likat yang bertindak dalam cecair. Nilai kriteria Reynolds mencirikan aliran aliran bendalir semasa konveksi paksa.

,

di mana sahaja - Kelajuan cecair;

- pekali kelikatan kinematik cecair;

- Menentukan saiz.

Kriteria Grasgood (GR.) - Mencirikan nisbah antara pasukan geseran likat dan daya mengangkat yang bertindak dalam cecair, semasa konveksi bebas. Nilai kriteria grasgood mencirikan aliran aliran bendalir semasa konveksi bebas.

,

di mana sahaja - Percepatan graviti;

- Menentukan saiz;

- Pekali suhu pengembangan volum bendalir (untuk gas
di mana sahaja - Menentukan suhu pada skala Kelvin);

- kepala suhu antara dinding dan cecair;

- masing-masing, suhu dinding dan cecair;

- pekali kelikatan kinematik cecair.

Kriteria Nusselt (Nu.) - Mencirikan hubungan antara jumlah haba yang dihantar melalui kekonduksian terma dan jumlah haba yang dihantar oleh perolakan di bawah pertukaran haba konveksi antara permukaan pepejal (dinding) dan cecair, iaitu. Dengan pemindahan haba.

,

di mana sahaja - Pekali pemindahan haba;

- Menentukan saiz;

- Pekali kekonduksian haba cecair di pinggir dinding dan cecair.

Kriteria Pakele (PE.) - Mencirikan hubungan antara jumlah haba yang diambil (diberikan) oleh aliran cecair dan jumlah haba yang dihantar (diberikan) dengan cara pertukaran haba yang konveksi.

,

di mana sahaja - Kadar aliran bendalir;

- Menentukan saiz;

- Pekali suhu;

- masing-masing, pekali kekonduksian haba, haba isobari, kepadatan cecair.

Kriteria Prandtl (PR.) - Mencirikan sifat fizikal cecair.

,

di mana sahaja - pekali kelikatan kinematik;

- pekali cecair suhu.

Dari kriteria yang dianggap, persamaan menunjukkan bahawa parameter yang paling penting yang mencirikan intensiti proses, iaitu, kadar pemindahan haba berada dalam ekspresi untuk kriteria Nusselt. Ini membawa kepada fakta bahawa untuk menyelesaikan masalah kaedah kejuruteraan pemindahan haba yang konvensional berdasarkan penggunaan teori persamaan, kriteria ini adalah yang paling penting dari kriteria yang ditetapkan. Nilai pekali pemindahan haba dalam kes ini ditentukan mengikut ungkapan berikut

Dalam hal ini, persamaan kriteria biasanya ditulis dalam bentuk penyelesaian berbanding dengan kriteria Nusselt dan mempunyai jenis fungsi kuasa.

di mana sahaja
- Nilai-nilai kriteria persamaan yang mencirikan pelbagai sisi proses yang sedang dipertimbangkan;

- Pemalar berangka yang ditakrifkan berdasarkan data eksperimen yang diperoleh apabila mengkaji kelas fenomena yang sama pada model dengan cara percubaan.

Bergantung kepada jenis konveksi dan keadaan tertentu proses, set kriteria persamaan yang termasuk dalam persamaan kriteria, nilai-nilai pemalar dan faktor pembetulan mungkin berbeza.

Dengan aplikasi praktikal persamaan kriteria, persoalan pilihan tepat saiz yang menentukan dan suhu yang menentukan adalah penting. Suhu penentu adalah perlu untuk menentukan nilai-nilai sifat-sifat fizikal cecair yang digunakan dengan betul dalam pengiraan nilai-nilai kriteria persamaan. Pilihan penentu saiz bergantung kepada lokasi bersama aliran bendalir dan permukaan yang dibasuh, iaitu, pada sifatnya mengalir. Ini harus dipandu oleh cadangan sedia ada untuk kes-kes ciri berikut.

Konveksi yang dipaksa apabila bergerak cecair di dalam tiub bulat.

- Diameter dalaman paip.

Konvensyen yang dipaksa apabila bendalir bergerak di saluran seksyen yang sewenang-wenangnya.

- Diameter bersamaan,

di mana sahaja - kawasan keratan rentas saluran;

- Perimeter seksyen.

Aliran melintang tiub bulat dengan konveksi percuma (paip mendatar (lihat Rajah 2) dengan perolakan graviti haba)

- Diameter diameter paip.

Rajah.2. Sifat aliran di sekitar paip mendatar dengan perolakan graviti haba

Aliran longitudinal di sekitar dinding rata (paip) (lihat Rajah 3) dengan perolakan graviti haba.

- Ketinggian dinding (panjang paip).

Rajah. 3. Sifat aliran di sekitar dinding menegak (paip) dengan perolakan graviti haba.

Menentukan suhu ia adalah perlu untuk penentuan yang betul sifat termophysical medium, nilai-nilai yang berbeza bergantung pada suhu.

Dalam pemindahan haba sebagai suhu yang tegas, purata aritmetik suhu dinding dan cecair diambil.

Dalam pertukaran haba yang konveksi antara unsur-unsur individu dari medium dalam jumlah volum yang sedang dipertimbangkan, suhu aritmetik antara suhu unsur-unsur sederhana yang menyertai pertukaran haba diambil sebagai suhu penentu.

Dalam makalah ini, prosedur untuk menjalankan eksperimen makmal dan kaedah mendapatkan persamaan kriteria untuk 2 kes ciri aliran di sekitar permukaan yang dipanaskan (melintang dan membujur) dengan perolakan bebas dari pelbagai gas berbanding dengan silinder mendatar dan menegak dipertimbangkan.

Bahagian eksperimen.