Bugüne kadar, mevcut yöntemlerin çeşitliliği ile ilişkili olan birleşik sınıflandırma geliştirilmemiştir. Malzemelerin termal iletkenlik katsayısının ölçülmesi için bilinen deneysel yöntemler iki büyük gruba ayrılır: sabit ve sabit olmayan. İlk durumda, hesaplanan formülün kalitesi, termal iletkenlik denkleminin özel çözümleri kullanılır.

durum altında, ikincisinde - t sıcaklık olduğu durumun altında; f - zaman; - sıcaklık katsayısı; l - Termal iletkenlik katsayısı; C - Özel ısı; G - Malzeme yoğunluğu; - İlgili koordinat sistemine kaydedilen Laplace operatörü; - Volumetrik ısı kaynağının özel kapasitesi.

İlk yöntem grubu, sabit termal rejimin kullanımına dayanır; İkincisi, istasyonun olmayan termal rejimdir. Sabit Yöntemler Ölçümlerin doğası gereği, termal iletkenlik katsayısının doğrudan (yani, termal iletkenlik katsayısı doğrudan belirlenir) ve mutlak ve göreceli olarak ayrılır. Mutlak yöntemlerde, deneyde ölçülen parametreler, istenen termal iletkenlik katsayısını elde etmek için hesaplanan formülün kullanılmasına izin verir. Göreceli yöntemlerde, parametreler deneyde ölçülür, hesaplanan formülü kullanarak istenen termal iletkenlik katsayısı değerini elde etmemize izin verin. Ölçülen parametrelerin göreceli yöntemlerinde, mutlak değeri hesaplamak yeterli değildir. Burada iki olgu mümkündür. Birincisi, birim başına kabul edilen kaynağa göre termal iletkenlik katsayısındaki değişikliği gözlemlemektir. İkinci durum, bilinen termal özelliklere sahip referans materyalinin kullanımıdır. Bu durumda, hesaplama formülü, standardın termal iletkenlik katsayısını kullanır. Göreceli yöntemler, mutlak yöntemler üzerinde bir miktar avantaja sahiptir, çünkü daha basittir. Sabit yöntemlerin daha fazla bölümü, ısıtma (dış, hacimsel ve kombinasyon) doğasına göre ve numunelerdeki sıcaklık alanının tip izotermleri ile yapılabilir (düz, silindirik, küresel). Harici ısıtma yöntemlerinin alt grubu, dış (elektrik, hacimetrik vb.) Kullanıldığı tüm yöntemleri ve numunenin yüzeylerinin ısıtılmasıyla ısıtılması veya termal radyasyon veya elektron bombardımanı ile ısıtılması içerir. Hacim ısıtmalı yöntemlerin alt grubu, ısınmanın numuneden geçirilen bir akım tarafından kullanıldığı, incelenen örneği nötron veya G-radyasyondan veya ultra yüksek frekanslı akımlardan ısıtıldığı tüm yöntemleri birleştirir. Numunelerin dış ve hacim ısıtmasının aynı anda aynı anda kullanıldığı yöntemler veya ara ısıtma (örneğin, yüksek frekanslı akımlar), birleşik ısıtma yöntemlerinin alt grubuna bağlanabilir.

Her üç alt grupta sabit yöntem. Sıcaklık alanı

farklı olabilir.

Termal akışın, numune simetrisinin ekseni boyunca yönlendirildiğinde düz izotermler oluşturulur. Literatürde düz izoterm kullanan yöntemler, eksenel veya uzunlamasına ısı akışı olan yöntemler ve deneysel tesisler kendileri - düz cihazlar.

Silindirik izotermler, ısı akısının silindirik numunenin yarıçapı yönünde yayılmasına karşılık gelir. Isı akısı, küresel bir numunenin yarıçapı boyunca yönlendirildiğinde, küresel izotermler meydana gelir. Bu gibi izotermleri kullanan yöntemler küresel ve cihazlar - top denir.

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

Metalik numunelerin ısı iletkenliğinin sabit ısı akısı ile ölçülmesi

Açıklama. Metal numunelerin termal iletkenlik katsayısının ölçülmesi için montajın teknik ve tasarım özellikleri, sabit ısı akış yöntemi ile homojen bir silindirik çubuk veya ince bir dikdörtgen plaka halinde yapılmıştır. Çalışılan numunenin ısıtılması, aynı anda ısı emici fonksiyonunu gerçekleştiren masif bakır akım kelepçelerinde sabitlenmiş bir alternatif akımın kısa bir darbesiyle doğrudan elektrikli ısıtma ile gerçekleştirilir.

Anahtar Kelimeler: Termal iletkenlik katsayısı, örnek, Fourier hukuku, sabit ısı değişimi, ölçüm kurulumu, trafo, multimer, termokupl.

Giriş

Isı enerjisinin, kaotik hareketli parçacıklar (elektronlar, moleküller, atomlar vb.) Vasıtasıyla daha az ısıtılmasından daha az ısıtılmasından daha az ısıtılır. Termal iletkenliğin ısınması denir. Isı iletimi fenomeninin incelenmesi, yağ, havacılık, otomotiv, metalurji, madencilik vb. Gibi çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Üç ana ısı değişimi türü vardır: konveksiyon, termal radyasyon ve termal iletkenlik. Termal iletkenlik, maddenin niteliğine ve fiziksel durumuna bağlıdır. Aynı zamanda, sıvılar ve katılarda (dielektrikler), enerji transferi, elastik dalgalar, atomların (moleküllerin) hayal gücünün (moleküllerin) hayal edilmesiyle ve difüzyon yoluyla, serbest elektronların difüzyonu ve ısı salınımlarının kullanılmasıyla gerçekleştirilir. Kafes. Vücuttaki ısı transferi, hangi durum olduğuna bağlıdır: Gaz, sıvı veya katı.

Sıvılardaki termal iletkenlik mekanizması, gazlardaki termal iletkenlik mekanizmasından farklıdır ve katıların termal iletkenliği ile çok fazla yaygındır. Yüksek sıcaklığa sahip alanlarda, büyük bir genlikte moleküllerin salınımları vardır. Bu salınımlar bitişik moleküller ile iletilir ve bu nedenle ısı hareketinin enerjisi yavaş yavaş katmana katmana iletilir. Bu mekanizma nispeten düşük bir termal iletkenlik katsayısı sağlar. Çoğu sıvı için sıcaklıkta bir artışla, termal iletkenlik katsayısı azalır (istisna su ve gliserindir, termal iletkenlik katsayısı artan sıcaklıkla artar).

İdeal gazlardaki moleküler bir hareketin yardımı ile kinetik enerjinin transferinin fenomeni, ısı iletkenliği ile ısı iletimi nedeniyledir. Molekülün moleküler hareketinin kakışıklığı nedeniyle her yöne hareket eder. Daha yüksek sıcaklığa sahip yerlerden daha düşük bir sıcaklığa sahip yerlerden gezinme, çift çarpışmalara bağlı moleküller kinetik hareket enerjisini iletir. Moleküler hareketin bir sonucu olarak, kademeli bir sıcaklık tesviye edilir; Düzensiz ısıtılmış gazda, ısı transferi, belirli miktarda kinetik enerjinin, moleküllerin rastgele (kaotik) bir hareketi ile transferidir. Sıcaklıkta bir azalma ile, gazların termal iletkenlik katsayısı azalır.

Metallerde, ana ısı vericisi ideal tek sığır gazı ile benzetebilecek serbest elektronlardır. Bu nedenle, bazı yaklaşımlarla

İnşaat ve ısı yalıtım malzemelerinin ısıl iletkenliği katsayısı, sıcaklıkta artışla, hacim ağırlığında bir artışla artar. Termal iletkenlik katsayısı kuvvetlice, malzemenin gözenekliliğine ve nemine bağlıdır. Çeşitli malzemelerin termal iletkenliği aralığında değişmektedir: 2-450 W / (M K).

1. Termal iletkenlik denklemi

Termal iletkenlik hukuku, birim birim başına ısı transfer yolunun uzunluğunun birimi başına ısıl sıcaklık farkının termal akışının orantılılığının orantılılığının orantılı olarak fourier hipotezine dayanmaktadır. Sayısal olarak, termal iletkenlik katsayısı, yüzey ünitesi boyunca bir birim boyunca, normal uzunlukta bir sıcaklık düşüşüyle, bir dereceye eşit bir sıcaklık düşüşüyle \u200b\u200bakan ısı miktarına eşittir.

Fourier hukukuna göre, oranın termal akısının yüzey yoğunluğu

nalna sıcaklık gradyani -:

Burada çarpanı X, termal iletkenlik katsayısı denir. Eksi işareti, ısının sıcaklıkta azalma yönünde iletildiğini gösterir. İzotermal bir yüzey ünitesinden geçen birim başına geçen ısı miktarı, ısı akı yoğunluğu denir:

İzotermal yüzeyindeki B içindeki bir birim başına ısı akışı miktarı, ısı akısı denir:

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

T döneminde bu yüzey B'den geçen toplam ısı miktarı denklemden belirlenir.

\u003d -Dl- ^ t. (1.4)

2. Sınır termal iletkenlik koşulları

GEOMETRİK - GEOMETRİK - Isı iletimi işleminin ilerlediği gövdenin şeklini ve boyutunu karakterize eder; Fiziksel - vücudun fiziksel özelliklerini karakterize etmek; Geçici - vücut sıcaklığının ilk zaman anında dağılımını karakterize etmek; Sınır - vücut etkileşiminin çevre ile karakterizasyonu.

Sınır koşulları uyuyorum. Bu durumda, vücut yüzeyindeki sıcaklık dağılımı her zaman için ayarlanır.

II türün sınır koşulları. Bu durumda, her zaman her bir vücut yüzey noktası için ısı akı yoğunluğunun değeri verilir:

YAR \u003d ME (x, y, 2,1).

Sınır koşulları III klan. Bu durumda, Medium T0'in sıcaklığı ve bu ortamın ısı değişim koşulları vücut yüzeyi ile ayarlanır.

Gençinin IV'nin sınır koşulları, temas gövdelerinin yüzeyinden geçen termal akışların eşitliği temelinde oluşturulur.

3. Termal İletkenlik Katsayısının Ölçülmesi İçin Deneysel Kurulum

Termal iletkenlik katsayılarını belirlemek için modern yöntemler iki gruba ayrılabilir: sabit ısı akışının yöntemleri ve sabit olmayan ısı akısının yöntemleri.

Birinci yöntem grubunda, gövdesi veya gövde sisteminden geçen ısı akışı, boyut ve yönde kalıcı kalır. Sıcaklık alanı sabittir.

Sabit olmayan mod yöntemlerinde, sıcaklık alanı zaman içinde kullanılır.

Bu yazıda, yaka sabit ısı akı yöntemlerinden biri kullanılır.

Metal numunelerin termal iletkenliğinin ölçülmesi için kurulumun blok diyagramı, Şekil 2'de gösterilmiştir. bir.

İncir. 1. Flowchart Flowchart

Kurulumun ana elemanı, birincil sargı, daha sonraki tip tip 10'un otomatik modeline bağlı olan güç azaltma trafosu 7'dir ve altı dönüşe sahip olan dikdörtgen kesitinin bakır otobüsünden yapılan ikincil sargı , doğrudan ısı emici fonksiyonunu aynı anda gerçekleştiren masif bakır akım kelepçeleri 2'ye doğrudan bağlanır. Çalışılan numune 1, aynı anda ısı emici fonksiyonunu aynı anda gerçekleştiren masif bakır cıvataları (Şekilde gösterilmemiştir) kullanılarak masif bakır akım kelepçeleri 2 sabitlenir. Test numunesinin çeşitli noktalarındaki sıcaklık kontrolü, çalışma uçları, numunenin 1 silindirik yüzeyine doğrudan sabitlenmiş olan kromel-copel termokupl 3 ve 5'in yardımı ile gerçekleştirilir. Numunenin orta kısmında ve diğeri numunenin sonunda. Termokuplun 3 ve 5'in serbest uçları, 0.5 ° C doğruluğuna sahip sıcaklık ölçümlerine izin veren DT-838 ve 6 multimciye bağlanır. Numune ısıtması, güç transformatörünün ikincil sargısından AC'nin kısa bir darbesiyle doğrudan elektrikli ısıtma ile gerçekleştirilir. 7. Çalışma altındaki numunedeki akım dayanımının ölçümü dolaylı bir yöntemde - ikincil üzerindeki voltajı ölçerek gerçekleştirilir. Devre transformatörünün (8) sargısı, birincil sargı, güç transformatörünün 7 ikincil sarımının gücü olan, halka manyetik çekirdeğinin serbest çekilişinden kaçırılır. Akım trafosunun ikincil voltajının ölçümü, çok boyutlu 9 ile gerçekleştirilir.

Nabızteki nabızteki darbe akımındaki değişiklik, bir lineer autotransformer 10 (daha sonra), bağlı ağ sigortası 13 ve (12) vasıtasıyla (12), voltaj voltajına 220 V voltaj düşüşüne bağlı olan birincil sargısı kullanılarak gerçekleştirilir. Doğrudan elektrikli ısıtma modunda çalışılan numune üzerinde, şu anda akım kelepçelerine bağlı olan multimer 14 ile gerçekleştirilir. 2. Akım puls darbesinin ölçümü, doğrusal ototransformerin (10) birincil sargısına bağlı bir elektrikli kronometre 11 kullanılarak gerçekleştirilir. . Çalışma altındaki numunenin ısıtma modunu açmak ve kapatmak, bir düğme 12 ile sağlanır.

Yukarıda tarif edilen kurulumdaki termal iletkenlik katsayısını ölçerken, aşağıdaki koşulları gerçekleştirmek gerekir:

Tüm uzunluk boyunca çalışma altında numunenin kesitinin homojenliği;

Çalışma altındaki numunenin çapı, 0,5 mm ila 3 mm arasında olmalıdır (aksi takdirde, aksi takdirde elektrik transformatöründe ana termal güç tahsis edilir ve çalışma altındaki numunede değil).

Numune uzunluğundaki sıcaklık bağımlılığı şeması, Şekil 2'de gösterilmiştir. 2.

İncir. 2. Numune uzunluğuna sıcaklık bağımlılığı

Diyagramda görülebileceği gibi, sıcaklığın çalışma altındaki numunenin uzunluğu üzerindeki bağımlılığı, örneğin orta kısmında belirgin bir maksimum maksimumda doğrusaldır ve uçlarda minimum (sabit) ve eşit kalır. Ortam sıcaklığı, denge ısı transfer modunun kuruluşunun zaman aralığı sırasında, bu deneysel kurulumlar için 3 dakikayı geçmez, yani. 180 saniye.

4. Termal iletkenlik katsayısı için çalışma formülünün çıkışı

Elektrik akımının geçişi sırasında iletkente serbest bırakılan ısı miktarı Joule Kanunu ile belirlenebilir - Lenza:

QAL \u003d 12th ^ \u003d ve ben, (4.1)

nerede ve ben, çalışılan numunedeki akımın gerilimi ve gücüdür; Ben bir örnek direnişim.

Homojen bir silindirik çubuk uzunluğu £ ve Bölüm 5 biçiminde yapılan zaman aralığı üzerinde çalışılan numunenin kesiti boyunca aktarılan ısı miktarı, Fourier Hukuku (1.4) tarafından hesaplanabilir:

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

burada 5 \u003d 2-5OSN, 5OSN \u003d ^ 4-, AT \u003d 2-DT \u003d 2- (GTA -GTK1); Y £ \u003d d £ \u003d 1- £.

Burada, katsayılar 2 ve 1/2, termal akışın yönlendirildiğini gösterir.

numune merkezi uçlarına, yani. iki akışa bölün. Sonra

^^ b \u003d 8-y- (GTU -TT | P) -B ^. (4.3)

5. Yan yüzeydeki termal kayıplar için muhasebe

§OZHR \u003d 2- BBC -DTHA, (5.1)

bbok \u003d p-y-1; A - Çalışılan numunenin yüzeyinin ısı transfer katsayısı, boyutu olan çevre ile

Sıcaklık farkı

DGR \u003d TX - T0KR, (5.2)

tX, numune yüzeyinin bu noktasındaki sıcaklık olduğu; GOCR - ortam sıcaklığı, numune sıcaklığının uzunluğundan bağımlılığının doğrusal denkleminden hesaplanabilir:

TX \u003d T0 + KKH, (5.3)

açısal katsayının k'nin, numune sıcaklığının doğrusal bağımlılığının uzunluğundan düşkünlüğünün teğet açısı ile belirlenebileceği durumlarda,

DT T - T T - T

k \u003d f \u003d mt * \u003d tttt ttt \u003d 2 "vergi VR. (5.4)

İfadeler (5.2), (5.3) ve (5.4) denklemine (5.1) yerine koymak, biz elde ederiz:

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

nerede t0 tszhr.

8Q0KP \u003d 2A.ND ■ KX ■ DX ■ DT. (5.5)

İfadeyi entegre ettikten sonra (5.5), biz alırız:

Q0KP \u003d 2ND ■ DK J JDT ■ X ■ DX \u003d 2ND-A-K ■ -i - | ■ t \u003d -4a ^ nd ■ k ■ i2 ■ t. (5.6)

Elde edilen ifadeleri (4.1), (4.3) ve (5.6) animasyonun termal dengesinin denklemine yerleştirilmesi \u003d + QS'nin kükremesi, Quill \u003d QAL, biz elde ettik:

Uit \u003d 8 ■ x ■ s ^ ^^ - o ■ t + -a ^ n ■ d ■ - (tmax - to) ■ T.

Elde edilen denklemin ısıl iletkenlik katsayısına ilişkin çözülmesi, elde ettik:

ve1 £ 2, l

Elde edilen ifade, ince metal çubukların termal iletkenlik katsayısının, göreceli hata ile çalışma altındaki tipik örnekler için hesaplamalara göre belirlenmesini sağlar.

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

% 1,5'i geçmemek.

Bibliyografi

1. Sivukhin, D. V. Genel Fizik / D. V. Sivukhin. - m.: Bilim, 1974. - T. 2. - 551 p.

2. Rudin, A.V. Çeşitli soğutma modları / A. V. Rudin // daha yüksek eğitim kurumlarının haberi olan cam şekillendirme tesislerinde yapısal rahatlama işlemlerinin incelenmesi. Volga bölgesi. Doğa Bilimleri. - 2003. - № 6. - S. 123-137.

3. Pavlov, P. V. Katı Fiziği: Çalışmalar. "Fizik" / P. V. Pavlov, A. F. Khokhlov spesiyalitelerinde okuyan öğrenciler için kılavuz. - m.: Daha yüksek. SHK., 1985. - 384 s.

4. Berman, R. Katı Tel / R Berman'ın termal iletkenliği. - M., 1979. - 287 s.

5. LIVSHITS, B. G. Metallerin ve Alaşımların / B. G. Livvitz, V. S. Krapshin'in fiziksel özellikleri. - M.: Metalurji, 1980. - 320 p.

Luzina Anna Vyacheslavovna Luzina Anna Vyacheslavovna

master, Master derece öğrencisi,

Penza Eyalet Üniversitesi Penza Eyalet Üniversitesi E-posta: [E-posta Korumalı]

Rudin Alexander Vasilyevich

fiziksel ve matematik bilimlerinin aday, Doçent, Fizik Bölümü Başkan Yardımcısı, Penza State Üniversitesi E-posta: [E-posta Korumalı]

Rudin Aleksandr Vasil "Evich

fiziksel ve matematiksel sektörlerin aday, Doçent,

penza Eyalet Üniversitesi Fizik Alt Bölümü Başkan Yardımcısı

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

Metalik numunelerin sabit ısı akışıyla ısı iletkenliğinin ölçülmesi /

A. V. Luzina, A. V. Rudin // Penza Eyalet Üniversitesi Bülteni. - 2016. - № 3 (15). -Drom. 76-82.

261-FZ "Enerji Tasarrufu" nı olan Federal Kanunun gerekliliklerine uygun olarak, inşaatın ısıl iletkenliği ve Rusya'da ısı yalıtım malzemelerinin gereklilikleri sıkılaştırılmıştır. Günümüzde, termal iletkenlik ölçümü, malzeme bir ısı yalıtımı olarak kullanımı konusunda bir karar verirken zorunlu maddelerden biridir.

İnşaatta termal iletkenliği ölçmek için neden gereklidir?

İnşaat ve ısı yalıtım malzemelerinin termal iletkenliğinin kontrolü, malzemelerin operasyonel özelliklerini etkileyen çeşitli faktörlere maruz kaldığında, laboratuvar koşullarında sertifikalandırma ve üretimin tüm aşamalarında gerçekleştirilir. Termal iletkenliği ölçmek için birkaç ortak yöntem vardır. Düşük termal iletkenlik malzemelerinin doğru laboratuar testleri için (0.04 - 0.05 W / m * k'nin altında), sabit ısı akı yöntemini kullanan araçların kullanılması önerilir. Uygulamaları GOST 7076 tarafından düzenlenir.

Interpribor, bir termal iletkenlik ölçer sunar, fiyatı mevcut pazardan faydalı olan ve tüm modern gereksinimleri karşılar. İnşaat kalitesinin ve ısı yalıtım malzemelerinin laboratuar kontrolü için tasarlanmıştır.

1'in termal iletkenliğinin avantajları-1

ITS-1 termal iletkenlik ölçer orijinal bir monoblok performansı vardır ve aşağıdaki avantajlarla karakterizedir:

• otomatik ölçüm döngüsü;
• buzdolabının sıcaklığını ve ısıtıcının sıcaklığını stabilize etmenizi sağlayan yüksek hassasiyetli ölçüm yolu;
• araştırılan bireysel materyal türleri için cihazın mezun olasılığı, sonuçların doğruluğunu daha da artıran;
• Ölçüm sürecindeki sonucun açık değerlendirmesini;
• optimize edilmiş "sıcak" güvenlik bölgesi;
• bilgilendirici grafik ekran, ölçüm sonuçlarının kontrolünü ve analizini basitleştirin.

İts-1, istemcinin talebinde, kontrol numuneleri (pleksiglas ve penplex), toplu malzemeler için bir kutu ve cihazı depolamak ve taşımak için koruyucu bir koofer ile desteklenebilen tek bir temel modifikasyonda tedarik edilir.

Termal iletkenliği ölçmek için geçmişte çok fazla yöntem kullanılmıştır. Şu anda, bazıları modası geçmiştir, ancak teorileri artık pratikte bulunan basit sistemler için sağlamlık denklem çözümlerine dayanırken ilgi çekicidir.

Her şeyden önce, herhangi bir malzemenin termal özelliklerinin çeşitli kombinasyonlarda tezahür ettiği belirtilmelidir; Bununla birlikte, onları malzemenin özellikleri olarak görürsek, çeşitli deneylerden belirlenebilirler. Belirlendikleri gövdelerin ve deneylerin ana termal özelliklerini listeliyoruz: a) Termal iletkenlik katsayısı, sabit deney modunda ölçülür; b) Kalorimetrik yöntemlerle ölçülen hacim ünitesine atfedilen ısı kapasitesi; c) Değer, periyodik sabit deneyler ile ölçülür; d) Sabit olmayan deneyler sırasında ölçülen teterji x. Aslında, başlangıç \u200b\u200bmodunda yapılan deneylerin çoğu, prensip olarak tanım ve tanımlamaya izin verir.

Burada en yaygın yöntemleri kısaca açıklıyoruz ve göz önünde bulundurdukları bölümleri belirtiyoruz. Temel olarak, bu yöntemler, periyodik olarak ısıtma ve sabit olmayan modda (yatma modu yöntemleri), sabit modda (yatan hasta modu yöntemleri) yapıldığı kişilere bölünmüştür (sabit mod yöntemleri); Daha sonra, kötü iletkenlerin çalışmasında ve metallerin incelenmesi sırasında kullanılan yöntemlere ayrılırlar.

1. Sabit rejim yöntemleri; Kötü iletken. Bu yöntemde, bu bölümün § 1'inde takip edilen ana deneyin koşulları doğru bir şekilde gerçekleştirilmelidir ve çalışma altındaki materyalin kayıt biçimine sahip olmalıdır. Yöntemin diğer varyantlarında, malzemeyi içi boş bir silindir formundaki (bkz. § 2 CH. VII) veya bir küre tarlasında keşfedebilirsiniz (bkz. § 2 Ch. IX). Bazen, ısı geçişlerinin kalın bir çubuk şekline sahip olduğu çalışma altındaki materyal, ancak bu durumda teori daha karmaşıktır (bkz. §§ 1, 2 Ch. VI ve § 3 CH. VIII).

2. Sabit rejimin termal yöntemleri; Metaller. Bu durumda, bir çubuk formundaki bir metal numune genellikle, uçları farklı sıcaklıklarda tutulur. Yarım çerçeve çubuğu § 3 ch olarak kabul edilir. IV ve nihai uzunluğun terminali - § 5 ch. İv.

3. Sabit rejimin elektriksel yöntemleri, metaller. Bu durumda, tel formundaki metal numune ısıtılır, elektrik akımından geçirilir ve uçları belirtilen sıcaklıklarda tutulur (bkz. § 11 cH. IV ve IX § 3 CH. VIII örneği). Bir elektrik akımı ile ısıtılmış telde radyal ısı akışı durumunu da kullanabilirsiniz (bkz. Örnek v § 2 Ch. VII).

4. Sabit modda hareketli akışkanlar. Bu durumda, farklı sıcaklıkların korunduğu iki tank arasında hareket eden sıvının sıcaklığı (bkz. § 9, Ch. IV).

5. Periyodik ısıtma yöntemleri. Bu durumlarda, çubuğun ucundaki veya plakaların uçlarındaki koşullar, sabit duruma ulaşarak sürekli olarak, numunenin belirli noktalarındaki sıcaklıkları ölçer. Yarı azaltılmış bir çubuk durumu § 4 ch olarak kabul edilir. IV ve uç uzunluğu çubuğu aynı bölümün § 8'indedir. Benzer bir yöntem, toprağın sıcaklığını güneş ısıtmasının neden olduğu sıcaklık dalgalanmalarında belirlemek için kullanılır (cm, § 12 cm. İi).

Son zamanlarda, bu yöntemler düşük sıcaklıkların ölçülmesinde önemli bir rol oynamaya başladı; Ayrıca, nispeten karmaşık sistemler teorisinde, elektrikli dalga kılavuzlarının incelenmesi için geliştirilen yöntemleri kullanabilirsiniz (bakınız § 6 Ch.).

6. İstasyon dışı rejimin yöntemleri. Geçmişte, sabit olmayan rejim yöntemleri sabit rejim yöntemlerinden biraz daha az kullanıldı. Dezavantajları, denemedeki geçerli sınır koşullarının teori tarafından tahmin edilen koşullarla tutarlı olması zorundadır. Bu tutarsızlığı dikkate almak için (örneğin, sınırdaki temas direncine gelince) çok zordur ve bu, belirtilen yöntemler için sabit mod yöntemlerinden daha önemlidir (bkz. § 10 Ch. İi). Aynı zamanda, sabit olmayan rejimin yöntemleri iyi bilinen avantajlara sahiptir. Böylece, bu yöntemlerin bazıları çok hızlı ölçümler yapmak ve küçük sıcaklık değişikliklerini hesaba katmak için uygundur; Ek olarak, örneği, örneği, özellikle topraklar ve kayalar gibi malzemelerin çalışmasında çok istenen laboratuvara teslim etmeden, bir dizi yöntem kullanılabilir. Çoğu eski yöntemlerde, sadece grafiklerin son segmenti kullanılır; zamanında sıcaklık bağımlılığı; Bu durumda, karşılık gelen denklemin çözeltisi bir üstel eleman ile ifade edilir. § 7 ch. IV, § 5 ch. Vi, § 5 ch. Viii ve § 5 ch. IX, basit bir geometrik şeklin gövdesini yüzeyinden doğrusal bir ısı transferi ile soğutma durumunu göz önünde bulundurur. § 14 ch. IV, elektrik çarpması ile ısıtılmış bir telde sabit olmayan sıcaklık durumunu dikkate alır. Bazı durumlarda, tüm sıcaklık değişikliği noktada kullanılır (bkz. § 10 Ch. II ve § 3 Ch. III).

işin amacı: Katsayının deneysel tanımı tekniğinin incelenmesi

katı malzemelerin plaka yöntemiyle termal iletkenliği.

Görev:bir. Çalışırdaki malzemenin termal iletkenlik katsayısını belirleyin.

2. Sıcaklık üzerindeki termal iletkenlik katsayısının bağımlılığını belirleyin.

Çalışma altındaki materyal.

Temel hükümler.

Isı değişimi- Bu, sıcaklık farkının varlığında uzayda spontan geri dönüşümsüz bir ısı transferi sürecidir. Fiziksel doğalarında büyük ölçüde farklı olan üç ana ısı transferi yöntemi vardır:

termal iletkenlik;

konveksiyon;

isı radyasyonu.

Uygulamada, ısı, kural olarak, aynı anda çeşitli şekillerde aktarılır, ancak bu işlemlerin bilgisi ilköğretim ısı değişimi süreçlerini incelemeden imkansızdır.

Termal iletkenlikmikropartiküllerin termal hareketi nedeniyle ısı transferi süreci denir. Gazlar ve sıvılarda, ısı transferi termal iletkenliği atom ve moleküllerin difüzyonu ile gerçekleştirilir. Katılarda, atomların ve moleküllerin maddenin hacmi boyunca serbest hareketi imkansızdır ve yalnızca belirli denge pozisyonlarına göre salınım hareketlerine indirgenmiştir. Bu nedenle, katı maddelerdeki termal iletkenlik süreci, bu salınımların genliğinde, vücut hacminde, salınımlı parçacıklar arasındaki güç alanlarının bozulmasından dolayı artışın artmasıdır. Metallerde, ısı transferi termal iletkenliği, sadece kristal kafesin düğümlerinde bulunan iyonların ve atomların salınımlarından kaynaklanmaz, aynı zamanda "elektronik gaz" olarak adlandırılan serbest elektronların hareketi nedeniyledir. Serbest elektronlar formundaki metallerde ilave termal enerji taşıyıcılarının varlığı nedeniyle, metallerin termal iletkenliği, katı dielektriklerden önemli ölçüde daha yüksektir.

Termal iletkenlik işlemini incelerken, aşağıdaki temel kavramlar kullanılır:

Isı miktarı (S.  ) - Termal enerji, keyfi bir alanın yüzeyinin tamamını geçerek. JouLes (J) 'de ölçülen SI sisteminde.

Termal Akış (Termal Güç) (S.) - Birim süre boyunca rasgele bir alanın yüzeyindeki ısı geçişi miktarı.

Sistemde, ısı akısı watt (w) cinsinden ölçülür.

Isı akısının yoğunluğu (s.) - Yüzey birimi boyunca birim zaman başına ısı geçiş miktarı.

Sistemde SI, W / m 2'de ölçülür.

Sıcaklık alanı- Vücut tarafından işgal edilen tüm alan noktalarında zaman anında sıcaklık değerleri kümesi. Sıcaklık alanının tüm noktalarındaki sıcaklık, zamanla değişmezse, bu alan denir sabitDeğiştirirseniz, sonra - İstasyonel olmayan.

Aynı sıcaklığa sahip olan noktaları oluşturduğu yüzeyler denir izotermal.

Sıcaklık gradyanı (grad.T.) - Normalin, sıcaklıktaki artışa doğru ve sayısal olarak, iki izotermal yüzey arasındaki sıcaklık değişikliğinin oranının limiti olarak tanımlandığı şekilde, bu mesafe sıfıra eğildiğinde, iki izotermal yüzey arasındaki sıcaklık değişikliğinin limiti olarak tanımlanan vektör. Veya başka bir deyişle, sıcaklık gradyanı bu yönde sıcaklıktan türetilir.

Sıcaklık gradyanı, sıcaklık oranını izotermal yüzeye normal yönde karakterize eder.

Termal iletkenlik süreci, termal iletkenlik ana yasasını karakterize eder - fourier hukuku(1822). Bu yasaya göre, ısı iletkenliğiyle bulaşan ısı akışının yoğunluğu, sıcaklık gradyanıyla doğrudan orantılıdır:

maddenin -termal iletkenliği, w / (mgrad).

İşaret (-), ısı akısı ve sıcaklık gradyanının yönün karşısındığını göstermektedir.

Termal İletkenlik Katsayısıhangi miktarda ısı, birim başına birim başına birim başına birimin biriminin birimine eşit bir sıcaklık gradyanında bulaştığını gösterir.

Termal iletkenlik katsayısı, malzemenin önemli bir termofizik özelliğidir ve bina ve yapıların, makinelerin ve cihazların duvarları, ısı yalıtımı duvarları, termal yalıtımın hesaplanması ile ısı kayıplarının tanımı ile ilişkili termal hesaplamalar gerçekleştirilirken gereklidir. Çok sayıda başka mühendislik problemini çözerken.

Termal İletkenlik Bir Diğer Önemli Yasası - fourier-KirchhoffUzayda ve zaman içinde ısıl iletkenlikle sıcaklık değişikliklerinin niteliğini belirlemek. Diğer ismi - termal İletkenlik Diferansiyel DenklemiÇünkü Fourier Hukukuna dayanarak matematiksel analiz teorisi yöntemleriyle elde edilir. 3 boyutlu olmayan bir sıcaklık alanı için, termal iletkenliğin diferansiyel denklemi aşağıdaki gibidir:

,

nerede
- Malzemenin termal özelliklerini karakterize eden sıcaklık katsayısı,

, C, , sırasıyla, termal iletkenlik katsayısı, izobarik ısı ve maddenin yoğunluğu;

- Laplace Operator.

Tek boyutlu bir sabit sıcaklık alanı için (
) Diferansiyel termal iletkenlik denklemi basit bir form edinir

Denklemleri (1) ve (2) entegre ederek, ısı akışının vücuttan yoğunluğunu ve gövdenin içindeki sıcaklıktaki değişiklik yasası, ısı transfer ısı transferi ile birlikte belirlemek mümkündür. Bir çözüm bulmak için görev yapmalısınız açıklık koşulları.

Açıkça şartlar- Bunlar, söz konusu görevi karakterize eden ek özel verilerdir. İçerirler:

Vücudun şeklini ve boyutunu karakterize geometrik koşullar;

Vücudun fiziksel özelliklerini karakterize fiziksel koşullar;

geçici (başlangıç) koşulları başlangıçta sıcaklık dağılımını karakterize eder;

sınır koşulları Vücudun sınırlarında ısı değişiminin özelliklerini karakterize eder. 1., 2. ve 3. klanın sınır koşullarını ayırt eder.

İçin 1. cinsinin sınır koşullarıvücut yüzeyindeki sıcaklık dağılımı ayarlanır. Bu durumda, ısı akısının vücuttan yoğunluğunu belirlemek gerekir.

İçin 2. türün sınır koşullarıisı akısının yoğunluğu ve vücudun yüzeylerinden birinin sıcaklığı verilir. Başka bir yüzeyin sıcaklığını belirlemek gerekir.

3. türün sınır koşulları altındavücudun yüzeyleri ile dışarıda yıkanan ortamlar arasındaki ısı transferi koşulları bilinmektedir. Bu verilere göre, ısı akısının yoğunluğu belirlenir. Bu durum, termal iletkenlik ve konveksiyonlu eklem ısı transfer işlemini ifade eder, isı transferi.

Düz bir duvardan termal iletkenlik durumunda en basit örneği düşünün. Düzduvarı diyorlar, kalınlığı, diğer iki boyuttan ve genişlikten önemli ölçüde daha az olandır. Bu durumda, farklılığın koşulları aşağıdaki gibi verilebilir:

geometrik: Bilinen duvar kalınlığı. Sıcaklık alanı tek boyutludur, sonuç olarak sıcaklık sadece x ekseni yönünde değişir ve ısı akısı duvar yüzeylerine normal şekilde yönlendirilir;

fiziksel: Bilinen duvar malzemesi ve termal iletkenlik katsayısı ve tüm vücut için \u003d Const;

geçici: Zamandaki sıcaklık alanı değişmiyor, yani. sabittir;

sınır koşulları: 1. cins, duvar sıcaklığı bileşenleri 1 IT 2.

T \u003d F (x) duvarın kalınlığında sıcaklık değişikliği yasasını ve ısı akısının yoğunluğunu WallQ üzerinden belirlemesi gerekir.

Sorunu çözmek için, denklemleri (1) ve (3) kullanın. Alınan sınır koşullarını göz önünde bulundurun (x \u003d 0t \u003d t 1'de; x \u003d t \u003d t 2'de) Denklemin çift entegrasyonundan sonra (3) Duvarın kalınlığındaki değişiklik yasasını alırız.

,

Düz duvardaki sıcaklık dağılımı Şekil 1'de gösterilmektedir.

Şekil 1. Düz bir duvarda sıcaklık dağılımı.

Isı akısının yoğunluğu daha sonra ifadeye göre belirlenir

,

Termal iletkenlik katsayısının belirlenmesi, modern mühendislik uygulamaları için gereken sonucun doğruluğunu veremez, bu nedenle deneysel tanımı sadece güvenilir bir şekilde olmaya devam etmektedir.

Bilinen deneysel kararlılık yöntemlerinden biridir düz katman yöntemi. Bu yönteme göre, düzlem duvarının malzemesinin termal iletkenlik katsayısı denklem temelinde belirlenebilir (5)

;

Bu durumda, ısı iletkenlik katsayısının elde edilen değeri, ortalama sıcaklık değerini T M \u003d 0.5 (T 1 + T2) anlamına gelir.

Fiziksel sadeliğine rağmen, bu yöntemin pratik uygulaması, incelenen örneklerde tek boyutlu bir sabit sıcaklık alanı oluşturma ve termal kayıpları dikkate alma zorluğu ile ilgili kendi zorluklarına sahiptir.

Laboratuvar standının açıklaması.

Termal iletkenlik katsayısının belirlenmesi, gerçek fiziksel işlemlerin simülasyon modellemesi yöntemine dayanan bir laboratuvar kurulumunda gerçekleştirilir. Kurulum, monitör ekranında görüntülenen çalışma arsa düzeniyle ilişkili bir PEVM'den oluşur. Çalışma arsası, Şekil 2'de sunulan gerçek ve şeması ile analoji ile yaratıldı. 2.

İncir. 2. Kurulum şeması kurulumu

Çalışma arsası, kalın  \u003d 5 mm ve çapı \u003d 140 mm disk şeklinde yapılan 2 floroplastik numuneden (12) oluşur. Örneklemler, ısıtıcı 10 yükseklik \u003d 12 mm ile H \u003d 146 mm çapı ve buzdolabının (11) ile suyla soğutulur. Bir ısı akısı oluşturmak, elektrik dirençlüsüne \u003d 41 ohm olan bir ısıtma elemanı ve soğutma suyunun yönlü dolaşımı için spiral oluklu bir buzdolabı 11 ile gerçekleştirilir. Böylece, incelenen floroplastik numunelerden geçen ısı akısı, buzdolabından su ile yapılır. Isının ısıtıcıdan bir kısmı, bu nedenle bu radyal kayıpları azaltmak için, bu radyal kayıpları, bu radyal kayıpları azaltmak için, ısı yalıtım gövdesi 13'ü azaltmak için ( K \u003d 0.08 W / (Mgrad)), . Muhafaza yüksekliği К \u003d 22 mm, H \u003d 146 mm'lik bir iç çapı ve K \u003d 190 mm dış çapıyla içi boş bir silindir şeklinde yapılır. Sıcaklık, yedi kromel-copel termokupl (HC tipi) POS ile ölçülür. 1 ... 7, çalışma alanının çeşitli noktalarına monte edildi. Sıcaklık sensörü şalteri (15), yedi sıcaklık sensörünün tüm termo-EMF'sini arttırmanıza olanak sağlar. Termokupl 7, termal sızıntıları belirlemek için ısı yalıtım mahfazasının dış yüzeyine monte edilir.

İş yürütme prosedürü.

3.1. Kurulumun sıcaklık modu, 35 ° C ila 120 ° C arasında değişen plakaların sıcak yüzeyinin sıcaklığını ayarlayarak seçilir.

3.2. Kurulum uzaktan kumandasında, gösterge aygıtlarının güç kaynağı cihazları, elektrikli ısıtıcı U üzerindeki voltajı kaydeder, termo-EMF sıcaklık sensörleri, ısıtma geçiş düğmesini açılır.

3.3. Rheostatın halısını sorunsuz bir şekilde döndürerek, istenen voltaj ısıtıcıya monte edilir. Tekerleği adım sürümünde yapılır, böylece voltaj adım adım değişir. Sıcaklığın gerilimi, Şekil 3'teki bağımlılığa göre birbirlerine uygun olmalıdır.

Şekil 3. Isıtma çalışma bölgesi.

3.4. Switch 15'i kullanarak sıcaklık sensörlerinin sıralı bir yoklaması ile, yedi termokupl termo-EMF değerleri, değer ile birlikte deney protokolünde yazılmıştır (bkz. Tablo 1). Okumaların kaydı Kontrol panelindeki gösterge aygıtlarıyla yapılır, okumalar PEVM monitöründe çoğaltılır.

3.5. Tecrübenin sonunda, tüm düzenleyici kurulum makamları orijinal konumuna aktarılır.

3.6. Tekrarlanan deneyler yapılır (numarası en az 3 olmalıdır) ve P.P. tarafından öngörülen şekilde T R'nin diğer değerleri ile. 3.1 ... 3.5.

Ölçüm sonuçlarını işleme.

4.1. Bir kromel-copiel termokupl sıcaklık sensörü okumaları mezuniyet özellikleri ile kelvin ölçeğinde derecelere transfer edilirler. .

4.2. Numunelerin iç sıcak ve dış soğuk yüzeylerinin ortalama sıcaklıkları belirlenir.

ben termokupl numarasıydı.

4.3. Bir elektrikli ısıtıcı tarafından oluşturulan komple termal akım belirlenir.

, T.

u, elektrik akımının voltajı olduğunda;

R \u003d 41 ohm - elektrikli ısıtıcının direnci.

4.4. Termal akış, kasanın içindeki ısı transferi nedeniyle belirlenir.

k- katsayısının, ısı transfer işlemini kasadan karakterize ettiği yer.

, W / (m 2 grad)

 k \u003d 0.08 w / (mgrad), kasanın malzemesinin termal iletkenlik katsayısıdır;

d h \u003d 0.146 m - ısıtıcının dış çapı;

d k \u003d 0.190 m - kasanın dış çapı;

h \u003d 0.012 m - ısıtıcı yüksekliği;

h k \u003d 0.022 m - kasanın yüksekliği.

T t - 7. termokupl tarafından belirlenen kasanın dış yüzeyinin sıcaklığı

4.5. Çalışma altındaki örneklerden geçen termal akış termal iletkenlik ile belirlenir

, T.

4.6. Test malzemesinin termal iletkenlik katsayısı belirlenir.

, W / (mgrad)

burada Q , incelenen numuneden geçen bir ısı akışıdır, termal iletkenlik, W;

 \u003d 0.005 m - Numune kalınlığı;

- Bir numunenin yüzey alanı, M 2;

d \u003d 0.140 m - örnek çapı;

T G, T X - Sıcaklık, sırasıyla, sıcak ve soğuk yüzeyleri, K.

4.7. Termal iletkenlik katsayısı sıcaklığa bağlıdır, bu nedenle elde edilen değerler ortalama numune sıcaklığına bağlıdır.

Deneyimli verilerin işlenmesinin sonuçları Tablo 1'de kaydedilir.

tablo 1

Ölçümlerin sonuçları ve işleme deneyimli veri

4.8. Elde edilen sonuçların işlenmesi için grafoanalitik yöntemi kullanarak, incelenen malzemenin termal iletkenlik katsayısının, numunenin ortalama sıcaklığının metresinde bağımlılığı

 0 IB, bağımlılığın karakterizasyonunun analizine dayanarak grafiksel olarak belirlenir \u003d F (T M).

Kontrol soruları

Isı transferinin ana yöntemleri nelerdir?

Termal iletkenlik denir?

İletkenler ve katı dielektrikteki termal iletkenlik mekanizmasının özellikleri nelerdir?

Hangi yasalar ısı iletimi sürecini açıklar?

Düz duvar ne denir?

Sınır koşulları nelerdir?

Düz bir duvardaki sıcaklık değişiminin karakteri nedir?

Termal iletkenlik katsayısının fiziksel anlamı nedir?

Çeşitli malzemelerin termal iletkenlik katsayısının bilgisi nedir ve değerinin nasıl belirlenir?

Düz katman yönteminin metodolojik özellikleri nelerdir?

Ücretsiz konveksiyondaki işlemler

işin amacı: Isıtılmış bir yüzeyin enine ve uzunlamasına akış vakaları için serbest konveksiyonda ısı transferi örneğinde konvektif ısı değişimi kalıplarını incelemek. Deneylerin sonuçlarını işleme becerilerini satın alır ve bunları genelleştirilmiş bir biçimde temsil eder.

Görev:

1. Isı transfer katsayılarının yatay silindirden ve dikey silindirin serbest konveksiyonlu ortama olan deneysel değerlerini belirlemek.

2. Yatay ve dikey yüzeye göre serbest konveksiyon işlemini karakterize eden kriter denklemlerinin parametrelerini elde etmek için deneysel verileri işleyerek.

Temel teorik hükümler.

Fiziksel doğalarında birbirinden önemli ölçüde farklı olan üç ana ısı transferi yöntemi vardır:

termal iletkenlik;

konveksiyon;

isı radyasyonu.

Isı iletkenliği olan termal enerji taşıyıcıları, ısı radyasyonu - elektromanyetik dalgalarla, madde atomu ve moleküllerin mikropartikülleridir.

Konveksiyon- Bu, bir maddenin bir noktadan diğerine hareketli makroskopik miktarlarda hareketli makroskopik miktarlar nedeniyle bir ısı transferi yöntemidir.

Böylece, konveksiyon sadece akışkanlık - gazlar ve sıvıların özelliklerine sahip ortamlarda mümkündür. Isı değişimi teorisinde, genellikle terim tarafından belirtilirler. "sıvı"Damlama sıvıları ve gazlar arasında pazarlık yapılması gerekmezse farklılıklar yapmadan. Bir kural olarak ısı konveksiyonunu aktarma süreci, termal iletkenlik eşlik eder. Böyle bir işlem denir konvektif ısı değişimi.

Konvektif ısı değişimi- Bu, bir ısı transfer konveksiyonu ve termal iletkenlik bir derzi sürecidir.

Mühendislik uygulamasında, en sık, katı yüzey (örneğin, fırın duvarının yüzeyi, ısıtma cihazı vb.) İle bir sıvı bu yüzeyi yıkandırır. Bu işlem denir sıcak pres.

Isı tenceresi.- Katı (duvar) ve yıkama sıvısı yüzeyi arasında özel bir konvektif ısı değişimi vakası.

Ayırmak zorla ve özgür (doğal)konveksiyon.

Zorla konveksiyonsertifik, örneğin bir pompa, bir fan vb. İçin oluşturulan basınç kuvvetlerinin etkisi altında gerçekleşir.

Ücretsiz veya doğal konveksiyonfarklı bir doğaya sahip kitle kuvvetlerinin etkisi altında meydana gelir: yerçekimi, santrifüj, elektromanyetik vb.

Yeryüzünde, serbest konveksiyon yerçekimi koşullarında meydana gelir, bu yüzden denir termal Yerçekimi Konveksiyonu. Bu durumda sürecin itici gücü, ortamda, homojenlik varlığında, homojenlik varlığında homojenlik varlığında görülen homojenlik varlığında ortaya çıkan kaldırma kuvvetidir. Isı değişimi ile, bu tür bir homojenite, ortamın bireysel elemanlarının farklı sıcaklıklarda olabileceği nedeniyle oluşur. Aynı zamanda, daha ısıtılmış ve bu nedenle, kaldırma kuvvetinin etkisi altındaki ortamın daha az yoğun unsurları yukarı doğru hareket edecektir, sıcaklık ve en havalı ve bu nedenle, ortamın daha yoğun elemanları Şekil l'de gösterildiği gibi serbest yer. bir.

İncir. 1. Serbest konveksiyon sırasında akışkan akışın hareketinin yapısının niteliği

Kalıcı bir ısı kaynağı bu yerde bulunursa, ısıtıldığında, ortamın ısıtılmış elemanlarının yoğunluğu azalır ve ayrıca açılmaya başlarlar. Öyleyse, ortamın bireysel unsurlarının yoğunlukları farkı gerçekleşirken, döngüleri devam edecektir, yani. Ücretsiz konveksiyon devam edecek. Çevrenin geniş alanlarında, hiçbir şeyin konvektif akışların gelişimini önleyeceği serbest konveksiyon, denir sınırsız alanda ücretsiz konveksiyon. Örneğin, sınırsız bir alanda serbest konveksiyon, tesislerin ısıtılması, sıcak su kazanlarında su ısıtması ve diğer birçok olguda bulunur. Konvektif akışların gelişimi, bir sıvı ile doldurulmuş kanalların veya toprakların duvarlarını önlerse, bu durumda işlem çağrılır. sınırlı alanda ücretsiz konveksiyon. Böyle bir işlem, örneğin, pencere çerçeveleri arasındaki uçaklar içindeki ısı değişimi ile gerçekleşir.

Konvektif ısı değişim sürecini tanımlayan ana yasa - newton Richmana Hukuku. Isı değişiminin sabit sıcaklık rejimi için analitik biçimde, aşağıdaki forma sahiptir:

,

nerede
- İlköğretimsel bir süre için verilen ilk miktarda ısı miktarı
temel yüzey alanından
;

- Duvarın sıcaklığı;

- sıvı sıcaklığı;

- Isı transfer katsayısı.

Isı transfer katsayısıduvar ve sıvı arasındaki sıcaklık farkı ile yüzeyin biriminden, birim başına ısı miktarının bir dereceye kadar sıcaklık farkı ile nasıl verildiğini gösterir. C - W / m2 ∙ Grad sistemindeki ısı transfer katsayısının ölçülmesi birimi. Sürekli sabit işlem ile, ısı transfer katsayısı ifadesinden belirlenebilir:

, W / m 2 ∙ Hail

nerede - termal akış, w;

- ısı değişiminin yüzey alanı, m2;

- Yüzey ve sıvı arasındaki sıcaklık basıncı, dolu.

Isı transfer katsayısı, duvar ile sıvı arasındaki ısı değişiminin yoğunluğunu karakterize eder. Fiziksel doğasında, konvektif ısı değişimi çok karmaşık bir süreçtir. Isı transfer katsayısı, çok sayıda farklı parametreye bağlıdır - akışkanın fiziksel özellikleri, sıvının akışının niteliği, sıvının akış hızı, kanalın boyutu ve şeklinin yanı sıra diğer birçok faktöre bağlıdır. Bu bağlamda, ısı transferi katsayısını teorik olarak bulmak için genel bağımlılık yapmak imkansızdır.

Isı transfer katsayısı, denklem (2) dayanarak deneysel bir yolla en doğru ve güvenilir bir şekilde belirlenir. Bununla birlikte, mühendislik uygulamasında, çeşitli teknik cihazlarda ısı değişim işlemlerini hesaplarken, bir kural olarak, karmaşıklık ve yüksek maliyet nedeniyle gerçek bir alan tesisinde ısı transfer katsayısının değerinin deneysel bir şekilde belirlenmesi mümkün değildir. Bu deney. Bu durumda, yardımın belirlenmesi görevini çözmek için benzerlik teorisi.

Benzerlik teorisinin temel pratik önemi, modelde yürütülen ayrı bir deneyimin sonuçlarını, tüm gerçek süreçlerdeki tüm sınıflarda ve model üzerinde çalışılan sürece benzer nesnelerde özetlememize izin vermesidir. Geometrik şekillerle tanınan benzerlik kavramı, fiziksel işlemlere ve fenomenlere de dağıtılabilir.

Fiziksel olayların sınıfı- Bu, bir ortak denklem sistemi ile tanımlanabilen ve aynı fiziksel doğaya sahip olabilecek bir fenomen kombinasyonudur.

Birim fenomen- Bu, bazı farklılık koşulları (geometrik, fiziksel, ilk, sınır) tarafından ayırt edilen fiziksel fenomen sınıfının bir parçasıdır.

Benzer fenomenler- Bu koşullarda yer alan değerlerin sayısal değerleri haricinde, aynı unambiguing koşullarına sahip bir sınıfın bir grup fenomeni.

Benzerlik teorisi, fenomeni karakterize eden boyutsal fiziksel miktarların birleştirilebileceği gerçeğine dayanır. boyutlu kompleksler, Böylece, böylece bu komplekslerin sayısının boyutsal değerlerin sayısından az olacaktır. Alınan boyutsuz kompleksler denir gibi kriterler. Benzerlik kriterleri, belirli bir fiziksel anlamı vardır ve bir fiziksel miktarın etkisini ve kritere dahil olan tüm kombinasyonlarının etkisini yansıtır ve çalışılan sürecin analizini önemli ölçüde basitleştirir. Bu durumda işlemin kendisi analitik bir bağımlılık olarak gösterilebilir.
benzerlik kriterleri arasında
bireysel taraflarını karakterize etmek. Bu tür bağımlılıklar denir kriterler denklemleri. Benzerlik kriterleri, hidrodinamik gelişimine ve ısı değişimi teorisi - Nusselt, Prandtle, Graolsgof, Reynolds, Kirpicheva ve diğerleri teorisine önemli katkı sağlayan, isimleri üzerine isim aldı.

Benzerlik teorisi, 3. benzerlik teoremlerine dayanmaktadır.

1. teorem:

Benzer olaylar aynı benzerlik kriterlerine sahiptir.

Bu teoremi, deneylerde, yalnızca benzerlik kriterlerinde yer alan fiziksel miktarların ölçülmesi gerektiğini göstermektedir.

2. teorem:

Bu fiziksel fenomeni karakterize eden ilk matematiksel denklemler her zaman bu fenomeni karakterize eden benzerlik kriterleri arasındaki ilişki olarak temsil edilebilir.

Bu denklemler denir kriter. Bu teoremi, deneylerin kriter denklemler şeklinde sunulması gerektiğini göstermektedir.

3. teorem.

Tanım koşullarından hazırlanan benzerlik kriterlerinin eşit olduğu fenomenler eşittir.

Bu teoremi, fiziksel bir benzerlik oluşturmak için gerekli durumu tanımlar. Rahatsızlığın koşullarından derlenen benzerlik kriterleri denir tanımlayan. Diğerlerinin eşitliğini belirlerler veya tanımlanmışaslında 1'inci benzerlik teoreminin konusu olan benzerlik kriterleri. Böylece, 3. benzerlik teoremi, 1. teoremi geliştirir ve derinleştirir.

Konvektif ısı değişimini incelerken, aşağıdaki benzerlik kriterleri en sık kullanılır.

Reynolds Kriteri (Yeniden.) - Atalet kuvvetleri ile sıvı içinde hareket eden viskoz sürtünme kuvvetleri arasındaki oranı karakterize eder. Reynolds kriterinin değeri, zorunlu konveksiyon sırasında sıvı akışının akışını karakterize eder.

,

nerede - sıvı hızı;

- Akışkanın kinematik viskozitesinin katsayısı;

- BOYUT BOYUTU.

Grasgood kriteri (Gr.) - viskoz sürtünme kuvvetleri ile serbest konveksiyon sırasında sıvı içinde hareket eden kaldırma kuvveti arasındaki oranı karakterize eder. Grasgood kriterinin değeri, serbest konveksiyon sırasında sıvı akışının akışını karakterize eder.

,

nerede - yerçekimi ivmesi;

- BOYUT BOYUTU;

- Sıvının sıcaklık katsayısı (gazlar için)
nerede - Kelvin ölçeğinde sıcaklık belirleme);

- Duvar ve sıvı arasındaki sıcaklık kafası;

- sırasıyla duvarın sıcaklığı ve sıvı;

- Akışkanın kinematik viskozitesinin katsayısı.

Nusselt kriteri (Nu.) - Termal iletkenlik vasıtasıyla iletilen ısı miktarı arasındaki ilişkiyi ve katı (duvar) ve sıvının yüzeyi arasındaki konveksiyonlu ısı değişimi altında iletilen ısı miktarı arasındaki ilişkiyi karakterize eder. Isı transferi ile.

,

nerede - ısı transfer katsayısı;

- BOYUT BOYUTU;

- Sıvının duvara ve sıvının kenarındaki termal iletkenlik katsayısı.

Pakele'nin kriteri (Pe) - Akışkan akışıyla (verilen) arasındaki ilişkiyi, sıvı akışıyla (verilen) arasındaki ilişkiyi ve konvektif ısı değişimi ile iletilen ısı miktarı (verilen) arasındaki ilişkiyi karakterize eder.

,

nerede - Sıvı akış hızı;

- BOYUT BOYUTU;

- sıcaklık katsayısı;

- sırasıyla, termal iletkenlik katsayısı, izobarik ısı, sıvının yoğunluğu.

PrandTL Kriteri (Pr.) - Sıvının fiziksel özelliklerini karakterize eder.

,

nerede - Kinematik viskozitenin katsayısı;

- Sıcaklık sıvısı katsayısı.

Görülen kriterlerden, benzerlik, işlemin yoğunluğunu karakterize eden en önemli parametrenin, yani, ısı transfer hızı, işlemlerin hesaplanırken nusselt kriterinin ifadesindedir. Bu, benzerlik teorisinin kullanımına dayanarak konvektif ısı transfer mühendisliği yöntemlerinin sorunlarını çözmek için, bu kriter tanımlanmış kriterlerin en önemlisidir. Bu durumda ısı transfer katsayısının değeri, aşağıdaki ifadeye göre belirlenir.

Bu bağlamda, kriter denklemleri genellikle Nusselt kriterine göre bir çözüm biçiminde yazılır ve bir tür güç fonksiyonuna sahip olur.

nerede
- İşlemin farklı taraflarını karakterize eden benzerlik kriterlerinin değerleri;

- Deneysel yollarla, benzer fenomen sınıfını incelirken elde edilen deneysel veriler temelinde tanımlanmış sayısal sabitler.

Konveksiyonun türüne ve işlemin belirli koşullarına bağlı olarak, kriter denkleminde yer alan benzerlik kriterleri kümesi, sabitlerin değerleri ve düzeltme faktörü farklı olabilir.

Kriter denklemlerinin pratik uygulaması ile, belirleyici boyutun doğru seçim sorusu ve belirleyici sıcaklık önemlidir. Benzerlik kriterlerinin değerlerinin hesaplanmasında kullanılan sıvının fiziksel özelliklerinin değerlerini doğru bir şekilde belirlemek için belirleyici sıcaklık gereklidir. Belirleme büyüklüğü seçimi, akışkan akışının ve yıkanmış yüzeyi, yani akışının doğası üzerindeki karşılıklı konumuna bağlıdır. Bu, aşağıdaki karakteristik durumlar için mevcut öneriler tarafından yönlendirilmelidir.

Yuvarlak bir tüp içindeki sıvıyı hareket ettirirken zorla konveksiyon.

- Borunun iç çapı.

Sıvı, keyfi bir bölümün kanallarında hareket ettiğinde zorla konveksiyon.

- Eşdeğer çap,

nerede - Kanalın kesit alanı;

- Bölümün çevresi.

Serbest konveksiyonlu bir yuvarlak tüpün enine akışı (yatay boru (bkz. Şekil 2) Isı yerçekimi konveksiyonu ile)

- Borunun dış çapı.

İncir. 2. Termal yerçekimi konveksiyonlu yatay borunun etrafındaki akışın doğası

Düz bir duvarın (boru) etrafındaki uzunlamasına akış (bkz. Şekil 3) termal yerçekimi konveksiyonu ile.

- Duvar yüksekliği (boru uzunluğu).

İncir. 3. Termal yerçekimi konveksiyonlu dikey duvarın (boru) etrafındaki akışın doğası.

Sıcaklık belirleme ortamın termofizik özelliklerinin doğru belirlenmesi için, değerleri sıcaklığa bağlı olarak değişir.

Karar aktarımında, belirleyici bir sıcaklık olarak, duvarın sıcaklığının aritmetik ortalaması ve sıvı alınır.

Üzerindeki hacmin hacmi içindeki ortamın bireysel unsurları arasındaki konvektif ısı değişiminde, ısı değişimine katılan orta elementlerin sıcaklıkları arasındaki aritmetik sıcaklık, belirleyici sıcaklık olarak alınır.

Bu yazıda, bir laboratuvar deneyi yürütme prosedürü ve ısıtılmış yüzey etrafındaki 2 karakteristik akış vakası (enine ve uzunlamasına), yatay ve dikey silindirlere göre çeşitli gazların serbest taşınmasına sahip 2 karakteristik akış vakası için prosedürü kabul edildi.

Deneysel parçası.