новая папка 1 / 695260
.pdfУстановка включает колбу с излучателем, блок регулирования тока на-
грева, амперметр и вольтметр, позволяющие определять силу тока, протекаю-
щего через излучатель, и падение напряжения на нём.
Излучатель представляет собой тонкую вольфрамовую проволоку с диа-
метром витка 1 мм, запаянную в стеклянную колбу диаметром 11 мм и длиной
85 мм.
3. Порядок выполнения эксперимента
Работа выполняется под руководством лаборанта после получения у пре-
подавателя разрешения (допуска) на её выполнение.
Перед выполнением работы необходимо убедиться, что все управляющие элементы находятся в исходном положении: выключатель находится в положе-
нии «ВЫКЛ», регулятор тока нагрева находится в крайнем левом положении и далее не поворачивается против часовой стрелки.
Порядок выполнения работы:
1)включить установку в сеть;
2)перевести выключатель в положение «ВКЛ»;
3)провести 5 измерений в диапазоне от 0,5 А до 1,7 А, изменяя значение силы тока при помощи регулятора тока нагрева;
4)снять показания падения напряжения на образце и тока нагрева, ре-
зультаты измерений занести в таблицу 1; 5) после проведения всех измерений перевести положение регулятора то-
ка нагрева в исходное положение, чтобы показание тока нагрева было меньше,
либо равно 0,03 А; 6) перевести выключатель в положение «ВЫКЛ»;
7) выключить установку из сети;
8) по комнатному термометру снять показание температуры окружающей среды.
11
Таблица 1
Журнал наблюдений
Параметры |
|
|
Номер опыта |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
3 |
|
4 |
5 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Сила тока I, А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Падение напряжения U, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура окружаю- |
|
|
|
|
|
|
|
щей среды tср, °С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Обработка результатов эксперимента
1) По измеренному падению напряжения и силе тока определить сопро-
тивление нити излучателя
R UI ,
где R – сопротивление нити излучателя, Ом; U – падение напряжения на образ-
це, В; I – сила тока нагрева, А.
2) Определить электрическую мощность нагревателя
W U I ,
где W – электрическая мощность излучателя, Вт.
3) По найденному значению сопротивления нити определить её темпера-
туру Ти, используя экспериментальную зависимость электрического сопротив-
ления нити от температуры (приложение).
4) По закону Стефана-Больцмана определить тепловой поток, передавае-
мый излучением от нити к стенкам колбы:
|
|
T |
4 |
|
Тср |
4 |
|
|
||||
Q c |
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
F |
, |
|
|
|
|
||||||||||
0 0 |
|
|
|
100 |
|
и |
|
|||||
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Q0 – тепловой поток, передаваемый излучением, Вт; с0 = 5,67 Вт/(м2∙К4) –
коэффициент излучения абсолютно черного тела; Tи и Тср – температура нити излучателя и температура окружающей среды, К; Fи – площадь боковой по-
12
верхности нити излучателя, м2; F πd |
l , где диаметр нити излучателя dи=1 |
||||
|
и |
|
и |
|
|
мм, её длина l=85 мм. |
|
|
|
|
|
5) По экспериментальной зависимости определить температуру поверх- |
|||||
ности колбы |
|
|
|
|
|
|
t |
к |
C W n , |
|
|
|
|
|
|
|
|
где tк – температура поверхности колбы, °С; постоянные С=32, n=0,33. |
|||||
6) Определить значение критерия Грасгофа: |
|
||||
Gr |
g dколбы3 |
tк tср |
, |
||
|
ν2 273 tср |
||||
где g – ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2; dколбы – диаметр колбы, dколбы=11 мм; ν – коэффициент кинематической вязкости воздуха, ν=1,5∙10-5 м2/с.
7) Критериальное уравнение, описывающее среднюю теплоотдачу от го-
ризонтальных поверхностей, имеет вид:
Nu α dколбы 0,5 Gr Pr 0,25 .
λ
Тогда коэффициент теплоотдачи от поверхности колбы в окружающую среду рассчитывается следующим образом:
α 0,5 Gr Pr 0,25 |
λ |
, |
|
dколбы |
|||
|
|
где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2∙К); Pr – число Прандтля, Pr=0,7; λ –
коэффициент теплопроводности воздуха, λ=0,025 Вт/(м∙К).
8) Определить количество теплоты, переданное конвекцией с поверхно-
сти колбы в окружающую среду:
Qк α tк tср Fколбы ,
где Fколбы – площадь боковой поверхности колбы, м2: Fколбы πdколбы l . 9) Найти степень черноты нити излучателя, ε:
13
ε |
W Qк |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Q0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
10) Определить коэффициент полезного действия излучателя |
|
|
|
|
||||||||||
η |
W Qк |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
W |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Результаты расчёта свести в таблицу 2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
||
Результаты расчёта |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Параметры |
|
|
|
|
|
Номер опыта |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
1 |
|
2 |
3 |
|
4 |
|
5 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Сила тока I, А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Падение напряжения U, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Сопротивление нити R, Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Мощность излучателя W, Вт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Температура излучателя Ти, К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Тепловой поток излучением Q0. Вт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Температура поверхности колбы tк, °С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Число Грасгофа Gr |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Коэффициент теплоотдачи α, Вт/(м2∙К) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Тепловой поток конвекцией Qк, Вт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Степень черноты ε |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
КПД η, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По результатам расчёта строятся графические зависимости степени чер-
ноты и кпд от температуры излучателя.
5. Составление отчета
Отчет о лабораторной работе должен содержать:
наименование и цель работы;
краткое описание законов и терминов теории излучения;
краткое описание экспериментальной установки;
14
журнал наблюдений с подписью лаборанта;
результаты обработки опытных данных со всеми промежуточными
расчетами;
графические зависимости ε(Tи) и η(Tи);
выводы по результатам работы.
6. Контрольные вопросы
1.Что такое излучение? Какими параметрами оно характеризуется?
2.Что такое спектр излучения? Тип спектра для твердых, жидких и газо-
образных тел.
3. Что называют интенсивностью излучения?
4. Что такое излучательная способность? Чем различаются интегральная и спектральная излучательные способности? Плотность потока излучения.
5. Закон Планка для излучения.
6. Коэффициенты поглощения, отражения и пропускания. Какие тела на-
зывают диатермичными?
7. Закон Стефана-Больцмана для излучения.
8. Что такое абсолютно черное тело? Какие тела называют серыми?
9. Что такое степень черноты? Её связь с коэффициентом поглощения.
10. Закон Ламберта для излучения.
7.Библиографический список
1.Исаченко, В.П. Теплопередача [Текст]: учеб. для вузов / В.П. Исаченко,
В.А. Осипова, А.С. Сукомел. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва: Энергия,
1975. – 488 с.
2. Кривандин, В.А. Металлургические печи [Текст] / В.А. Кривандин,
Б.Л. Марков. – Москва: Металлургия, 1977. – 464 с.
15
Приложение
Зависимость температуры нити излучателя от сопротивления, Tи=f(R)
16
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
ТВЁРДЫХ ДЕЛ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторной работе
по дисциплине «Тепломассообмен»
Губарев Василий Яковлевич Арзамасцев Алексей Геннадьевич Ярцев Алексей Геннадьевич
Редактор Е.А. Федюшина |
|
|
Подписано к печати |
. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. |
|
Ризография. Объём 1,0 п.л. Тираж 50 экз. Заказ № |
. |
|
Издательство Липецкого государственного технического университета. Полиграфическое подразделение Издательства ЛГТУ.
398055, Липецк, ул. Московская, 30.