Краткие сведения из теории
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
Кафедра «Атомные и тепловые станции»
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
по курсу
«Тепломассообмен в оборудовании»
Составил: аспирант кафедры «АТС»
Варенцов Андрей Владиславович
Нижний Новгород
| Содержание | ||
| Методические указания к лабораторной работе №1 «Определение коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала методом цилиндрического слоя»........................................................................................... | ||
| Методические указания к лабораторной работе №2 «Исследование теплоотдачи при естественной конвекции газа около горизонтальной трубы».................................................................................................................................... | ||
| Методические указания к лабораторной работе №3 «Исследование теплоотдачи при естественной конвекции газа около вертикальной трубы»... | ||
| Методические указания к лабораторной работе №4 «Кипение жидкости на обогреваемой поверхности».................................................................................... | ||
| Методические указания к лабораторной работе №5 «Исследование теплоотдачи при движении жидкости в обогреваемых каналах»...................... | ||
| Методические указания к лабораторной работе №6 «Определение коэффициента теплопередачи при движении жидкости в теплообменнике типа «труба в трубе» в зависимости от схемы движения теплоносителя»........ | ||
| Методические указания к лабораторной работе №7 «Определение передаваемой тепловой мощности кожухотрубного теплообменника»............ | ||
| Список рекомендованной литературы................................................................... |
1. Методические указания к лабораторной работе №1 «Определение коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала методом цилиндрического слоя»
Цель работы
Целью проведения лабораторной работы является изучение основного закона теплопроводности, фактов, определяющих теплопроводность, опытного определения коэффициента теплопроводности методом цилиндрического слоя.
Краткие сведения из теории
Теплопроводность – это свойство твердых материалов и неподвижных газовых и жидких сред проводить через себя теплоту за счет передачи энергии от одной молекулы к другой. Внутренний механизм теплопроводности объясняется на основе молекулярно-кинетических представлений – перенос энергии осуществляется вследствие теплового движения и энергетического взаимодействия между микрочастицами - молекулами, атомами, электронами из которых состоит тело.
Температуропроводность – это физическое свойство вещества, от которого зависит скорость изменения температуры в нестационарных процессах теплопроводности.
Явление теплопроводности возникает при наличии градиента температуры и в однородном стационарном случае (t = f (x)) описывается уравнением Фурье:
dQ = -λdF*dt/dx, (1.1)
где dQ – количество теплоты, переносимое через площадку dF в направлении нормали к этой площадке в сторону убывания температуры, кДж/ч, Вт;
dt/dx – градиент температуры, °С/м;
λ – коэффициент теплопроводности, численно равный количеству теплоты, переносимой через единицу поверхности за единицу времени при градиенте температуры, равном единице, Вт/(м°С).
Дифференциальное уравнение выводится из рассмотрения баланса энергии для элементарного объема, в котором происходит перенос тепла только теплопроводностью. При составлении баланса энергии учитывается возможность выделения тепла внутри тела, аккумулировании энергии телом. Внутренняя энергия тела возрастает с повышением температуры, следовательно, возрастает количество энергии, аккумулированное телом. Если температура тела не изменяется, мы имеем стационарные условия.
Дифференциальное уравнение теплопроводности в неподвижной изотропной среде для установившегося (стационарного) теплового состояния может быть приведено к виду
(1.2)
где a - коэффициент температуропроводности, м2/с;
– мощность внутренних источников теплоты, Вт/м3;
с – теплоемкость единицы вещества, Дж/кг∙К;
ρ – плотность вещества, кг/м3.
В случае метода неограниченного цилиндрического слоя придается форма цилиндрической полой трубы. Для того, чтобы максимально приблизиться к одномерной задаче, длина трубы l должна быть во много раз больше диаметра d. Чем больше отношение l/d, тем больше оснований пренебречь тепловым потоком вдоль трубы и обоснованнее предположение о том, что вся теплота передается в радиальном направлении (предполагается, что подвод теплоты осуществляется от расположенного внутри трубы источника, равномерно распределенного по ее длине). Расчетная формула в случае граничных условий 1-го рода имеет вид:
(1.3)
где Q – тепловой поток, Вт;
d1, d2 – соответственно внутренний и наружный диаметры образца, м;
l – длина образца, м;
tc1, tc2 – осредненные значения температур внутренней и наружной поверхностей образца,0С.