Определение коэффициента теплопроводности изоляционного материала методом трубы презентация

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

2014

1

3 курса специальности
190300.65 «Подвижной состав железных дорог»
Профили: Локомотивы, Вагоны, Технология производства и ремонта подвижного состава, Электрический транспорт железных дорог

Методические материалы к лабораторным работам

КАФЕДРА «ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА И ВОДОСНАБЖЕНИЕ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

нагретым путем непосредственного их соприкосновения, обусловленное тепловым движением молекул или атомов вещества, а в металлах – свободных электронов.
Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. В сравнении тепловых цепей с электрическими это аналог проводимости.
Способность вещества проводить тепло характеризуется  коэффициентом теплопроводности (удельной теплопроводностью). Коэффициент теплопроводности равен количеству теплоты, которое проходит через стенку площадью 1 м2 в единицу времени при разности температур на поверхностях стенки в один градус при толщине стенки 1 м. Значение коэффициента теплопроводности различных материалов находят обычно опытным путем.
Для определения коэффициента теплопроводности на стационарном режиме пользуются методами плиты, трубы и шара. В данной лабораторной работе использован метод трубы.

d1

d2

l

1

2

3

4

1'

2'

3'

4'

температура и диаметр внутренней и наружной поверхностей трубы, м
l – длина трубы в м.
Исходные данные ln d2/d1=0.69
l = 0.63 м
Q=W=I·U

плотностей.
При естественной конвекции нагретые объемы теплоносителя поднимаются, охладившиеся - опускаются. Величина, характеризующая интенсивность теплообмена между средой и поверхностью называется коэффициентом теплоотдачи.
Коэффициент теплоотдачи αк показывает, какое количество теплоты передается от жидкости (греющего тела) к стенке или наоборот в единицу времени через единицу поверхности при разности температур между поверхностью стенки и жидкостью в 1 К.
От коэффициента теплоотдачи зависят потери тепла или тепловосприятие поверхностей, имеющих температуру, отличную от температуры окружающей среды, а также размеры поверхностей нагрева (охлаждения) теплообменных аппаратов.
Количество тепла, которое отдает боковая поверхности цилиндра (трубы) конвекцией в единицу времени, определяется по формуле:

поверхности стенки, °С;
tвоз – температура окружающего воздуха, °С;
d - наружный диаметр трубы, м;
l - длина трубы, м.

Помимо теплоотдачи конвекцией всякое нагретое тело отдает тепло лучеиспусканием:

где Тст - температура стенки, К;
Твозд – температура среды, К;
d - наружный диаметр трубы, м;
l - длина трубы, м;
Спр - приведенный коэффициент лучеиспускания системы, Вт/м2·К4.
В данном случае излучает цилиндр, поверхность которого значительно меньше поверхности окружающих тел, и Спр можно рассчитать по формуле:

тел, и Спр можно рассчитать по формуле:


где ε - степень черноты цилиндра (трубы);
Со - постоянная Стефана - Больцмана.
Полное количество тепла, отдаваемое цилиндром, будет:


Откуда

d

l

t1

t2

t3

t4

12,5 мм =12,5·10-3=0,0125 м
l =470 мм=470·10-3=0,47 м
ε = 0,15 – степень черноты цилиндра

СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЫ

2014

волн.
Лучеиспускание свойственно всем телам. Во время нагревания часть их тепловой энергии неизбежно превращается в лучистую, количество которой зависит от температуры тела.
Для теплового излучения существует ряд основных законов, одним из которых является закон Стефана - Больцмана. Согласно этому закону количество энергии, излучаемое абсолютно черным телом, пропорционально четвертой степени его абсолютной температуры:






где σ0 - константа излучения, Вт/(м2·К4)
С0 - коэффициент лучеиспускания, Вт/(м2·К4)
Для абсолютно черного тела коэффициент лучеиспускания
Со = 5,67 Вт/(м2·К4)

2014

тела: С<С0. Кроме того, он зависит от температуры.
Для оценки излучательной способности серых тел вводят понятие степени черноты поверхности тела ε, представляющей собой отношение излучательной способности серого тела Е к излучательной способности абсолютно черного тела Е0. При одинаковой температуре поверхностей тел величину ε находят по отношению коэффициентов лучеис-пускания:

Поэтому, степень черноты характеризует собой излучательную способность серого тела по отношению к излучению абсолютно черного тела при той же температуре.
Одним из самых простых методов определения коэффициента лучеиспускания является метод сравнения теплоотдачи испытуемого тела с теплоотдачей абсолютно черного или серого тела с известной степенью черноты поверхнос-ти. Этот метод и использован в данной работе.

размерам тела (диска) D1= D2 =0,15 м из разного материала, имеющих температуры выше температуры окружающей среды. Они отдают теплоту, как путем конвекции, так и путем излучения. В этом случае полное количество энергии, отдаваемое каждым телом окружающей среде, равное сумме количеств теплоты, отдаваемых конвекцией и лучеиспусканием, т. е.

При одинаковых условиях теплообмена и равных температурах поверхностей тел количество теплоты, отдаваемое каждым из тел конвекцией, одинаково: Q1к=Q2к.
Тогда

где С1 - коэффициент лучеиспускания твердого тела, степень черноты ε1 которого известна (С1=ε1С0);
Тпов и Тв - соответственно абсолютная температура поверхности тела и окружающего воздуха, К;
F – площадь излучающей поверхности тела, м2.
Откуда

Исходные данные: tв=20oC; ε1= 0,95 Со=5,67 Вт/(м2·К4)

по формуле:

Коэффициент лучеиспускания черного тела (диска) определяется по формуле:

Степень черноты серого тела можно определить по формуле:

закону Дальтона давление влажного воздуха р равно сумме парциальных давлений сухого воздуха рсв и пара рп, находящегося в объеме влажного воздуха.
Абсолютной влажностью воздуха называют массу-m, кг водяного пара в 1 куб.м влажного воздуха.
Влагосодержанием d влажного воздуха называется количество водяного пара в граммах на 1 кг сухого воздуха.
Относительной влажностью воздуха φ называется отношение имеющегося влагосодержания dим к максимально возможному dmaxвозм при той же температуре:

Технические расчеты процессов с влажным воздухом производятся обычно по диаграмме id-диаграмме влажного воздуха, которая строится для определенного давления.

координат с углом между осями I и d, равным 135º. Такой выбор системы координат позволят наглядно разместить на диаграмме все необходимые линии:
d = const –линии постоянных влагосодержаний, характеризующие процессы изменения состояния влажного воздуха без изменения количества влаги в воздухе;
I = const – линии постоянных теплосодержаний (энтальпий), или адиабаты, характеризующие процессы изменения состояния влажного воздуха без подвода тепла;
t = const - линии постоянных температур, или изотермы, характеризующие процессы изменения состояния влажного воздуха при постоянной температуре;
φ = const – линии постоянных относительных влажностей.Линия φ = 100% называется линией насыщения и делит диаграмму на две зоны. Зона, лежащая выше кривой насыщения, соответствует ненасыщенному состоянию воздуха (φ < 100%). Зона, лежащая ниже кривой, называется зоной тумана, так как в воздух в этой зоне не только насыщен, но и содержит туман (мельчайшие капельки сконденсированной влаги). Любая точка на диаграмме определяет состояние влажного воздуха и позволяет определить все его параметры. Точки, лежащие на линии насыщения, называются точками росы. 

3. d=24
φ=30% d=16 φ=80%
d= p= p=
p= φ= t=
i= i= i=

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

2014

м2;

где Fнар и Fвн – соответственно наружная и внутренняя площади помещения , м2;
Δt – перепад между температурой внутри помещения tвн и снаружи tнар, 0С

2,7

2,7

3

3

Исходные данные:
tнар=15 оС
tвн=25 оС

зоне помещений различного назначения. В качестве теплоносителя для обогрева помещений используется наружный воздух. Для его обогрева применяют калорифер, а для перемещения - электровентилятор.
Количество тепла, получаемое от электровентилятора, вычисляется по формуле:

где Qот- тепло, получаемое от электровентилятора, Вт;
Lв- расход воздуха через электровентилятор, м3/час;
св- средняя теплоемкость воздуха, св = 1,005 кДж/кг·оС=1 кДж/кг·оС;
ρв- плотность воздуха, кг/м3; ρв=1,16 кг/м3;
tвых, tвх- соответственно температура на выходе из электровентилятора и на входе (в помещении);
Расход воздуха определяется по формуле:

где Vв- скорость воздуха в вентиляторе, м/с;
Fв- площадь сечения, в котором производилось измерение скорости вентилятора, м2:

d - диаметр выходного отверстия: d =0,1 м

ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ

2014

испаритель. Рабочим телом является фреон.

Конденсатор

Испаритель

Дроссель

Компрессор

1

2

3

4

Пары фреона сжимаются компрессором до давления р2 и температуры t2. В состоянии т.2 на входе в конденсатор температура паров оказывается выше температуры окружающего воздуха, поэтому пары отдают тепло через конденсатор в окружающую среду, а сами охлаждаются до состояния т.3. В дроссельном вентиле давление паров насыщенного фреона снижается до р4, а температура до t4. В этом состоянии пар поступает в испаритель, где испаряется, отнимая тепло от окружающего воздуха. Термодинамический цикл установки состоит, таким образом, из адиабатного процесса сжатия пара фреона в компрессоре 1-2, изобарного охлаждения пара (в том числе конденсации) в процессе 2-3, протекающем в конденсаторе, процесса дросселирова-
ния 3-4 и изобарного процесса подвода тепла (парообразования) 4-1 в испарителе.

в начале и в конце адиабатического сжатия в компрессоре, кДж/кг;
где i3, i4- энтальпии, соответственно, до и после дроссельного вентиля, кДж/кг;
Коэффициент полезного действия установки вычисляется по формуле:

Значения в скобках берутся по модулю.