Державний вищий навчальний заклад

«ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

 

 

Кафедра “Технічна теплофізика”

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

З ТЕПЛОТЕХНІКИ

 

(для студентів груп МЧМ, ОМТ, ЕКМ, ТО, МКМ, АУП)

 

 

Донецьк - 2010

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

 

 

Кафедра “Технічна теплофізика”

 

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

З ТЕПЛОТЕХНІКИ

 

(для студентів груп МЧМ, ОМТ, ЕКМ, ТО, МКМ, АУП)

 

 

                                                                           Розглянуто і затверджено на

                                                                           засіданні кафедри «Технічна

                                                                           теплофізика»,

                                                                           протокол № 3 від 02.11.2009

                                                                           Затверджено на засіданні

                                                                           учбово-видавничої Ради

                                                                           ДонНТУ,

                                                                           протокол № 1 від 01.03.2010.

 

 

Донецьк - 2010

УДК 669.041

 

 

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни «Теплотехніка» / Волкова О.Г.−Донецьк, ДонНТУ, 2010.− 32 с.

Методичні вказівки містять опис лабораторних робіт з дисципліни «Теплотехніка». Виконання лабораторних робіт має на меті поглиблення знань по окремих розділах дисципліни, а також придбання студентами навичок проведення теплотехнічних досліджень на експериментальних установках.

 

 

Укладач:                                         старший викладач О.Г. Волкова

 

Рецензент, к.т.н.                             доцент Д.І.Пархоменко

 

 

© Донецький Національний Технічний Університет, 2010

 

ЗМІСТ

 

Лабораторна робота № 1.
Визначення коефіцієнта теплопровідності металів методом стрижня..………………………………………………	4
Лабораторна робота № 2.
Дослідження теплопередачі при змушеному русі повітря в трубі..…….……………………………………………..	7
Лабораторна робота № 3.
Дослідження нагрівання тіл при граничних умовах 3 роду……………..……………………………………………..	11
Лабораторна робота № 4.
Розрахунок процесу охолодження тіла при вільній конвекції…...…………………………………………………….	15
Лабораторна робота № 5.
Визначення коефіцієнта температуропровідності матеріалів…….…….……………………………………………..	18
Лабораторна робота № 6.
Визначення коефіцієнта тепловіддачі горизонтальної труби при вільному русі повітря……………………………	21
Лабораторна робота № 7.
Визначення втрат тиску на тертя і місцеві опори………………………………………………………………………	24
Лабораторна робота № 8.
Дослідження витікання газів низького тиску через отвори і насадки………………………………………………...	27
Додаток А − Фізичні параметри сухого повітря……………………………………………………………………….	31
Додаток Б − Таблиця переводу мВ у °С…………..……………………………………………………………………	31

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

 

ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ МЕТАЛІВ МЕТОДОМ СТРИЖНЯ

 

1 МЕТА РОБОТИ

 

Поглиблення знань по теорії теплопровідності,вивчення методики експериментального визначеннякоефіцієнта теплопровідності металів і одержання навичок у проведенні експериментальних робіт.

У результаті роботи повинні бути засвоєні:

− фізична сутність процесів теплопровідності;

− зміст основного закону теплопровідності і його додаток до тіл простої геометричної форми;

− поняття про коефіцієнт теплопровідності і методи його визначення.

 

2 ЗАВДАННЯ

 

Необхідно:

− знайти значення коефіцієнта теплопровідності досліджуваних матеріалів;

− порівняти отримані значення з табличними;

− скласти звіт.

 

3 ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

 

Інтенсивність переносу тепла у твердому тілі визначається коефіцієнтом теплопровідності. Останній є фізичним параметром і характеризує здатність матеріалу проводити тепло. Найбільшою теплопровідністю володіють метали.

Значення коефіцієнта теплопровідності визначається експериментальним шляхом. Одним з методів його визначення є метод стрижня.

Кількість тепла, переданого з одного кінця стрижня на іншій, може бути визначена з загального рівняння теплопровідності при стаціонарному тепловому стані й умові відсутності теплообміну між бічною поверхнею стрижня і навколишнім середовищем:

                                           ,                                                                   (1)

відкіля випливає

l =  ,                                                                            (2)

 

де l − коефіцієнт теплопровідності матеріалу стрижня, Вт/(м×К);

S − довжина стрижня, м;

F – перетин, м²;

t − час, с;

t₁, t₂ – температура гарячого і холодного кінців стрижня, °С.

 

Таким чином, для визначення l експериментальним шляхом необхідно вимірити кількість тепла, переданого через стрижень за час t, а також температуру кінців стрижня.

 

4 ОПИС УСТАНОВКИ

 

Установка (рисунок 1.1) складається з трьох судин, з'єднаних стрижнями: центральна судина 4 з'єднана з лівою судиною стрижнем А, із правою судиною – стрижнем Б. Судини заливаються водою. У центральній судині вода нагрівається за допомогою електронагрівника 3, що живиться від мережі перемінного струму через лабораторний автотрансформатор (ЛАТР) 2. Судини з упаяними в них стрижнями поміщені в шухляду, заповнену теплоізоляційними матеріалами для зниження стоку тепла через бічну поверхню стрижнів. Температура води в крайніх судинах виміряється термометрами 1 і 5.

 

5 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

 

Після ознайомлення з інструкцією і підготовки журналу спостережень одержати від викладача дозвіл на проведення експериментальної частини.

Залити в центральну судину 200 м води, при цьому рівень води знаходиться вище стрижнів, упаяних у судину.

Під спостереженням викладача включити нагрівач.

Після закипання води в центральній судині відрегулювати Латром напругу, при якій спостерігається слабке кипіння.

Через 10-12 хв. (цей час необхідно для встановлення стаціонарного теплового стану) залити в ліву та праву судини по 150 мл води.

 

 

 

 

Після заливання води в крайні судини вимірювати температуру через кожні 2 хв. протягом 12-16 хв.

По закінченні вимірів виключити нагрівач і відкачати воду із судин. Отримані результати заносити в журнал спостережень.

Форма журнала досліджень

№ п/п	Час вимірів, хв.	Температура, °С
		tA		tB	DtA	DtB
1 2 3 4 5 6 …	0 2 4 6 8 10 …
Середнє

 

6 ОБРОБКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДАНИХ

 

Коефіцієнт теплопровідності металу, з якого виготовлений, наприклад, стрижень А, визначається за формулою (2):

l_A =  ,                                                                        (3)

 

де  – кількість тепла, отриманого через стрижень А за час t, Дж.

 

 =  ;                   (4)

 

 − маса води в судині А,  = 0,15 кг;

 = 4190 Дж/(кг×К) – питома теплоємкість води;

 – маса стрижня А, кг;

 – теплоємкість стрижня А, Дж /(кг×К). Можна прийняти

           .                                                                         (5)

D  − середній приріст температури води у судині А, °С;

– температура води в центральній судині, °С =100°С;

− середня температура води в судині А, °С;

t − інтервал часу між двома вимірами, t =120 с;

d − діаметр стрижня, d_a=d_в=0,0153 м;

 – поперечний переріз стрижня, м²;

 м − довжина стрижня.

Послідовність розрахунку l_А: визначити Q_A за формулою (4) з урахуванням (5); визначити поперечний переріз F, м² стрижня; визначити l_А за формулою (3).

Аналогічно розраховується коефіцієнт теплопровідності l_В стрижня В. При розрахунку Q_В за формулою (4) використовувати значення Dt_B, у формулі (3) − Q_В та t_B.

Отримані значення коефіцієнтів порівнюються з табличними.

 

7 УКАЗІВКИ ДО ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

 

Звіт повинний містити основні теоретичні положення, опис і схему установки, журнал спостережень, розрахунок коефіцієнтів теплопровідності, висновки по роботі.

 

8 ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ

 

Установка обладнана електронагрівником води.

УВАЗІ СТУДЕНТІВ!

1.Заливання води в судину і відкачку її робити при виключеній з мережі установці.

2.Не допускати зайво інтенсивного кипіння води в центральній судині.

 

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

 

1. Від яких величин залежить коефіцієнт теплопровідності?

2. Фізичний зміст коефіцієнта теплопровідності?

3. Чому коефіцієнти теплопровідності стрижнів А та В відрізняються?

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2