Описание лабораторной установки

Экспериментальная установка, схема которой показана на рис.9, содержит цилиндрический калориметр 6, предназначенный для определения температуропроводности при температурах, близких к комнатным, сушильный шкаф 4, шаровой калориметр 9 для исследования теплопроводности, жидкостный термостат 7, воздушный термостат 10, самопишущий электронный потенциометр 2 и другие элементы установки. Калориметр 6 представляет собой медную цилиндрическую тонкостенную оболочку, заполненную исследуемым материалом (песок влажностью 12 %). Наружный радиус цилиндра d= 27,5 мм, длина цилиндра l = 100 мм. Внутри цилиндрического калориметра (по оси цилиндра) помещена термопара ХК для измерения температуры исследуемого материала. Шаровой калориметр выполнен из цементно-песчаного раствора (1:4). Шар имеет радиальное отверстие для размещения термопары. Радиус шара составляет 30 мм.

Рис.9. Схема экспериментальной установки для определения температуропроводности и теплопроводности методом регулярного режима.

При измерении температур в калориметрах электродвижущая сила термопар фиксируется с помощью потенциометра 2.

Для предварительного нагрева калориметров используется сушильный шкаф 4. Мощность электрического нагревателя 8 регулируется автоматическим регулятором 11.

Экспериментальное определение коэффициента температуропроводвости выполняется с помощью жидкостного термостата 7. Температура жидкости в нем измеряется ртутным термометром 3. Принцип работы жидкостного термостата позволяет практически выполнить условие при соблюдении условия и тем самым обеспечить использование уравнения (4.2).

Опытное определение коэффициента теплопроводности выполняется с помощью воздушного термостата 10, в котором воздух находится в спокойном состоянии и также выполняется условие постоянства температуры воздушной среды. Суммарный коэффициент теплоотдачи в таких условиях может изменяться в пределах [Вт/м²К]. В конкретных условиях рассматриваемой установки (при изменении температуры воздушной среда ориентировочно от 50^сС до 27°С) расчетное значение полного коэффициента теплоотдачи за счет конвекции и излучения [Вт/м²К].

Порядок проведения эксперимента.

Эксперимент по определению коэффициента температуропроводности рекомендуется выполнять в следующей последовательности:

1. Включить сушильный шкаф 4 и подать напряжение на нагреватель 8, устанавливая его регулятором таким образом, чтобы температура в шкафу составила около 45°С.

2. Поместить в сушильный шкаф калориметр 6 для предварительного нагрева. Производить периодическую запись (каждые 8 - 10 мин) термопары, установленной в цилиндрическом калориметре и термометра, контролирующего температуру в сушильном шкафу. Запись и сравнение температур производятся до наступления установившегося теплового состояния между воздухом в шкафу и исследуемым материалом.

3. Установить температуру воды в жидкостном термостате 7 на 10 - 15 °С ниже начальной температуры воздуха в шкафу 4.

4. Перед началом опыта по определению температуропроводности вычислить начальную разность температур калориметра (в шкафу 4 ) и жидкости в термостате .

5. Поместить нагретый цилиндрический калориметр 6 жидкостной термостат 7 и зафиксировать время.

6. Производить периодическую запись (через каждые 1-2 мин), показаний термометра 3 в жидкостном калориметре и потенциометра 2 , изменяющихся в процессе охлаждения исследуемого материала. Фиксация температуры производится с момента помещения калориметра в термостат и до наступления полного теплового равновесия.

Опыты по определению коэффициента теплопроводности выполняются следующим образом:

1. Включить сушильный шкаф 4 и подать напряжение на нагреватель 8, устанавливая его регулятором таким образом, чтобы температура в шкафу составила около 50°С. Включить воздушный термостат 10, поддерживая в нем с помощью регулятора температуру воздуха на 15-20°С ниже, чем в сушильном шкафу.

2. Дальнейшие действия по определению коэффициента теплопроводности выполняются в таком же порядке, как и при отыскании температуропроводности. Отличие заключается в том, что для исследования используются шаровой калориметр 9 и воздушный термостат 10 вместо жидкостного термостата.