1 Цель работы

Изучить теплообмен теплопроводностью, метод определения, физический смысл и зависимость теплопроводности от температуры.

2 Общие сведения

Теплопроводностью называется процесс теплообмена между микрочастицами тела при непосредственном соприкосновении их.

Основной закон теплопроводности (закон Фурье) устанавливает: количество теплоты переданного теплопроводностью в единицу времени пропорционально теплопроводности, градиенту температуры и площади сечения, перпендикулярного направлению распространения тепла.

(6.1)

где Ф - количество теплоты в единицу времени или тепловой поток, Вт;

l - теплопроводность, Вт/(м·К);

- градиент температуры, представляющий собой отношение элементарного изменения температуры к изменению расстояния по нормали к изотермной поверхности, К/м;

А - площадь сечения, м².

Из уравнения (6.1) следует, что теплопроводность численно равна количеству теплоты, которое проходит в единицу времени через 1 м поверхности при температурном градиенте, равном единице (1 градус на метр пути теплового потока).

Теплопроводность зависит от структуры, пористости, влажности материала. Материалы с теплопроводностью менее 0,02 Вт/(мК) обычно применяют для тепловой изоляции.

Одним из методов экспериментального определения теплопроводности является метод трубы, при котором исследуемый материал расположен цилиндрическим слоем.

При установившемся тепловом режиме теплой поток, проходящий через цилиндрический слой (стену) однородного материала путем теплопроводности, определяется по формуле (6.2), которую можно вывести на основе уравнения (6.1):

, (6.2)

где l - теплопроводность материала, Вт/(мК);

l - длина, м;

t₁ и t₂ - температуры внутренней и наружной поверхностей слоя, ºС;

d₁ и d₂ - внутренний и наружный диаметры, м.

3 Описание лабораторной установки и

МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ

Схема установки для определения теплопроводности сыпучих материалов методом трубы приведена на рисунке 6.1.

Исследуемый материал 6 засыпается между двумя соосными металлическими трубами 4 и 5. торцы труб закрыты крышками 2 из теплоизоляционного материала. Во внутренней трубе установлен электронагреватель 6.

Рисунок 6.1 Схема установки: 1 – исследуемый материал; 2 – теплоизоляция; 3 – автотрансформатор; 4 – наружная труба; 5 – внутренняя труба; 6 – нагреватель; 7 – термопары; 8 – потенциометр; 9 – сосуд со льдом; 10 – переключатель.

При установившемся тепловом режиме вся теплота, выделяемая нагревателем, проходит через исследуемый материал и от внешней поверхности трубы отдается окружающей среде. Для исключения влияния торцовых потерь теплоты мощность нагревателя и температуры измеряются на расчетном участке длинной 500 мм в середине трубы.

Температуры внутренней и наружной поверхности слоя материала измеряются термопарами 7, закрепленными в стенках труб 4 и 5. Термопары поочередно подключаются переключателем 10 к потенциометру 8. Холодный спай, общий для всех термопар, помещен в сосуд Дьюара 9 с тающим льдом.

Исследуемый материал – сухой песок.