Контрольные вопросы.

1. Что представляет собой стационарный и нестационарный процессы теплопроводности?

2. Какой вид имеет уравнение температурного поля для нестационарного режима?

3. Какой процесс теплопроводности называется регулярным?

4. Какая теплофизическая величина твердого тела является основной характеристикой нестационарных процессов теплопроводности?

5. Что такое темп охлаждения, и от каких величин он зависит?

6. Какими дифференциальными уравнениями описывается охлаждение однородного изотропного тела, равномерно нагретого в начальный момент времени?

Литература: [1, с. 90-95]; [2, с. 92-109]; [6, с.85-89]; [7, с.164-165]; [8, c.1-13]; [9, с. 226-]; [10, c. 112-120].

Лабораторная работа 5.

Определение коэффициента излучения.

Цель работы: Изучение одной из методик экспериментального определения коэффициента излучения. Определение коэффициента излучения поверхности металла сравнительным методом.

Методические указания.

Лучистый теплообмен между телами, в случае, когда, одна поверхность F₁ находится внутри другой F₂ рассчитывается по формуле:

(Вт) (5.1)

где С₀. - коэффициент излучения абсолютно черного тела, С₀=5,67 Вт/(м²К⁴); ε_n - приведенная степень черноты, определяемая как , здесь F₁ и Т₁ - площадь и температура поверхности исследуемого тела, м² и К; F₂ и Т₂ - площадь и температура поверхности облегающего тела, м² и К.

Если величина поверхности тела значительно больше F₁, т.е. F₁ » F_{2 ,}то для ε_n получаем величину, близкую к ε₁, т.е. ε_n ≈ ε₁. В этом случае формула (5.1) принимает вид

(5.1)

Причем, с достаточной точностью можно считать, что температура поверхности внешнего (облегчающего) тела Т₂ равна температуре окружающей среды Т_ж. Теплообмен между испытуемым телом (в виде цилиндра) и окружающей средой осуществляется за счет излучения Q₁ и конвекции Q_к:

, (Вт) (5.3)

Таким образом, мощность теплового потока для исследуемого тела определяется согласно формулам (5.2) и (5.3):

(5.4)

а для эталона:

(5.5)

где и - площади исследуемой и эталонной поверхностей, м²; l_и, l_Э - длина, цилиндров, м; d_и, d_Э - коэффициенты теплоотдачи конвекцией соответствующих поверхностей, Bт/(м²К).

Непосредственное определение только лучистой составляющей общего теплового потока связано с большими трудностями. Одним из вариантов решения данной задачи является сравнительный метод, суть которого сводится к сопоставлению лучистой теплоотдачи от двух тел одинаковой формы и размеров. Одно из тел эталонное с известной степенью черноты с_Э другое испытуемое, степень черноты с_ч которого необходимо определить. Эти тела ставятся в такие условия, при которых отводимые от них конвективные потоки были бы равны. Так как тела имеют одинаковые размеры и форму (F_Э = F_ч), одинаково расположены в пространстве, окружены одной и той же средой (воздухом при температуре Т_ж), равенство конвективных составляющих тепловых потоков будет обеспечиваться совпадением температур исследуемой Т_и и эталонной поверхностей (Т_си = Т_сэ), т.е. и . Таким образом, разность тепловых потоков эталонного (5.5), и исследуемого (5.4) образца определяется в виде

, Вт (5.6)

откуда

(5.7)

где

Вт/(м²К);

Рис. 10. Принципиальная схема блока для определения коэффициента изучения твердого тела методом сравнения.

Исследования проводятся на латунных трубах 2 и 7. Внутри размещены электронагреватели 1 и 5. Количество выделяемого тепла, которое полностью передается в окружающую среду, определяется по расходу электроэнергии с помощью вольтметра 9 и амперметра 1. Потребляемая электронагревателями мощность регулируется при помощи ЛАТРов 13 и 12. Одна из металлических труб с закопченной поверхностью (имитирующая абсолютно черное тело), является эталоном. Трубы повернуты друг к другу тепло-изолирующими крышками и закреплены на достаточном удалении одна от другой, так что радиационный обмен между ними можно не учитывать. Температура окружающей среды определяется с помощью ртутного термометра.