WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 |

Cпеч = (Tпеч /100)4 - (Тпов /100)У другому випадку, по відомому перепаду температури у зразку, знаходять густину теплового потоку, що зумовив цей перепад, а потім приведений коефіцієнт випромінювання печі.

2 t q =, Вт/(м2К);

R q, Вт/(м2К4);

Cпеч = (Tпеч /100)4 - (Тпов /100)3. ОПИС ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ Установка (рис. 8.1) складається з муфельної електропечі 1, експериментального зразка 3, пристрою 2 для регулювання температури печі та виміру температури у зразку, перемикача 4 для вибору точок виміру.

Рис. 8.1 Експериментальна установка Лабораторна електропіч складається з металевого корпуса, у верхній частині якого змонтована робоча камера. У робочій камері знаходиться керамічний муфель з намотаним на нього нагрівачем. Простір між муфелем та корпусом печі заповнено теплоізоляцією.

Регулювання температури в печі здійснюється автоматично двопозицінним регулятором з задатчиком температури, що одержує сигнал від термопари, розташованої у муфелі печі.

Нагрівач печі включається та виключається за допомогою електромагнітного пускача. Світіння сигнальної лампи на лицьовій панелі печі свідчить про подачу напруги на нагрівач.

Посад зразка здійснюється через вікно на лицьовій стінці печі, що закривається дверцятами.

Експериментальний зразок являє собою циліндр з шамоту діаметром 60 мм та довжиною 200 мм. У середньому перетині циліндра встановлені три термопари. Одна термопара на осі, дві діаметрально протилежно – на відстані = 6 мм від поверхні (див. рис. 8.1). Термопари розташовані під поверхнею зразка з метою виключити вплив гарячого спаю термопари на параметри теплообміну.

Підключення термопар до вимірювального пристрою здійснюється через перемикач точок. У положенні “0” – вимірюється температура печі (tпеч), у положеннях “1” та “2” – температура під поверхнею зразка (tп/пов), у положенні “3” – на осі (tц).

УВАГА! Тому що регулювання температури в печі здійснюється за показниками підключеної у даний момент термопари, необхідно стежити за тим, щоб після вимірів ручка перемикача знаходилася у положенні “0”.

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТУ Включити електропіч та установити завдання регулятору у межах 800 850 °С.

У розігріту піч (муфель) роблять посад зразка. Посад, по можливості, робити швидко. За початок експериментального нагрівання приймається момент посаду, а зафіксовані при цьому температури печі та зразка вважаються початковими.

УВАГА! Тому що при посаді зразка неминучий спад температури печі, то за експериментальну потрібно прийняти температуру наприкінці посаду та змінити завдання регулятору на це значення.

По черзі підключаючи термопари до вимірювального блоку, роблять виміри температури у зразку та фіксують температуру печі.

Виміри температур виконують: у перші й останні 9 хвилин досліду - через одну хвилину, в інший час – через три хвилини. Тривалість досліду складає 36 хвилин.

Результати вимірів заносять до протоколу випробувань (таблиця 8.1) яка складена на 25 вимірів.

5. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ 5.1. Підготовка даних до обробки.

З теорії нагріву відомо, що при нагріванні встановлюється параболічний розподіл температури по перетину тіла:

r t(r) = tц + tR.

R З урахуванням цього дійсну температуру поверхні зразка та перепад температури по перетину може бути знайдено наступним чином:

– знаходять усереднену температуру на відстані під поверхнею зразка;

– перепад температури на цим радіусі;

– максимальний перепад температур у радіальному напрямку;

– температуру поверхні за виразами.

tп / пов = 0,5(t1+ t2) ;

t = tп / пов - t3 ;

t t = = = 1,56 ;

tR t 2 R- 30- R t = = +.

tR t3 tR та заносять у таблицю 8.1.

За даними таблиці 8.1 проводять побудову робочої температурної діаграми для tпеч, tпов, tц та розбивку її на три інтервали (інтервали можна прийняти рівними). Приклад побудови показаний на рис. 8.Таблиця 8.Результати вимірів Температура, °С Час, печі зразка хв t0 t1 t2 t3 (tц) tп/пов tпов t tR...

...

Рис. 8.2. Температурний графік нагрівання зразка 5.2 Перший метод обробки (по аналітичним рішенням).

5.2.1 Теплофізичні властивості зразка 1.

Середня температура по перетину зразка наприкінці нагрівання 2, С При розрахунку по аналітичних рішеннях, теплофізичні властивості приймаються постійними.

Середня температура на початку нагрівання дорівнює температурі у лабораторії.

tR tк = t3 + 2.

Середній коефіцієнт теплопровідності за увесь час нагрівання:

= 0,5 (н +, ж) де н, к – коефіцієнти теплопровідності шамоту на початку та кінці нагріву.

t = 0,70 + 0,064, Вт/(м·К).

Середня за увесь час нагрівання теплоємність визначається, як:

t t C0 tк - C0 tн, C = tк - tн t де C0 – теплоємність шамоту в інтервалі температур від 0 до t.

t, Дж/(кг·К).

C0 = 880,0 + 0,23 t Середній коефіцієнт температуропровідності шамотного зразка за нагрівання:

a =, м2/с, C де – густина шамоту, = 1900 кг/м3.

5.2.2 Розрахунок параметрів теплообміну.

Розрахунок виконується для проміжків часу від початку нагрівання до кінця відповідного інтервалу. Таким чином, у роботі необхідно тричі провести розрахунок за нижченаведеною методикою.

Температурний симплекс для вісі зразка:

tпеч - tцi, цi = tпеч - tнач де tпеч – температура печі, °С;

tцi – температура на осі зразка, °С;

tнач – початкова температура зразка, °С.

Число Фур'є для кінця інтервалу Foi = a i / R2, де i – тривалість періоду, с.

Число Біо (у залежності від температурного симплекса та числа Фур'є) на графіках (додаток 1).

Bii = (цi ;Foi).

Середній за інтервал коефіцієнт тепловіддачі i = Bii.

R Температурний симплекс для поверхні зразка (у залежності від чисел Біо та Фур'є) на графіках (додаток 2).

пi = (Bii;Foi).

Температура поверхні зразка наприкінці розрахункового періоду нагрівання:

tповi = tпеч - (tпеч - tнач)пi.

Розраховану температуру поверхні варто нанести на температурний графік нагрівання та порівняти з експериментальними значеннями.

У зв’язку з тим, що при розрахунках по аналітичним рішенням визначаються середні за період коефіцієнти тепловіддачі та теплові потоки, то параметри теплообміну на границях інтервалів знаходять, використовуючи метод екстраполяції та графічні побудови.

Рис. 8.3. Графічний метод визначення коефіцієнта тепловіддачі Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням на початку першого періоду нагрівання 0 знаходиться графічно, екстраполяцією кривої середніх значень коефіцієнтів 1, 12, 123 до перетинання з віссю ординат на графіку = (), так, як це показано на рисунку 8.3.

Коефіцієнти тепловіддачі наприкінці першого, другого та третього інтервалів нагрівання зразка знаходять по виразам:

1 = 21 - 0; 2 = 312 - 21; 3 = 4123 - 312.

Густина теплових потоків та приведені коефіцієнти випромінювання на початку і кінці інтервалів нагрівання визначаються по формулах:

qi = (tпеч -, i = 1, 2, 3;

i tповi) qi.

Cпечi = (Tпеч /100)4 - (Тповi /100)Результати розрахунків заносять у таблицю 8.2.

Таблиця 8.Результати розрахунків параметрів теплообміну (на основі аналітичних рішень) Середній Густина теплового потоку та параметри тепкоефіцієнт лообміну Інтервал, і тепловідна початку інтервалу наприкінці інтервалу дачі но- трива- qi, Спеч I, I, qi, Спеч I, I,, Вт Вт Вт Вт мер лість, с Вт Вт Вт м2 м2 К4 м2 К м2 м2 К4 м2 К м2 К 5.3. Другий метод обробки (на основі інженерної моделі).

Відповідно до інженерної моделі теплопровідності, густина теплового потоку на границях інтервалів дорівнює ti, qi = R де ti – максимальний перепад температури по перетину зразка у кінці i – го розрахункового інтервалу, °С.

Приведений коефіцієнт випромінювання печі:

qi, i = 1, 2, 3.

Cпеч,i = (Tпеч /100)4 - (Тпов,i /100)Коефіцієнт тепловіддачі:

qп,i, i = 1, 2, 3.

i = tпеч - tпов,i На початку нагрівання існує невизначеність у розрахунку за інженерною методикою, тому для початкового моменту часу коефіцієнт тепловіддачі та приведений коефіцієнт випромінювання знаходять, використовуючи метод екстраполяції та графічні побудови.

У системі прямокутних координат будують графіки залежностей q = (), = () та = (). Продовжуючи графіки до перетинання з Cпеч віссю ординат, знаходять значення густини теплового потоку коефіцієнта тепловіддачі та приведений коефіцієнт випромінювання у початковий момент часу (побудови виконуються аналогічно показаним на рис. 8.3).

Отримані з графіків значення q0, Cпеч 0, 0 перевіряються за допомогою наступних формул:

q0 = Спеч0 [(Tпеч /100)4 - (Тпов0 /100)4], q, Cпеч0 = (Tпеч /100)4 - (Тп0 /100)q.

0 = tпеч - tповНеобхідно домогтися збігу графічних та розрахункових значень.

Результати розрахунків заносять у таблицю 8.3.

Таблиця 8.Результати розрахунків параметрів теплообміну (основі інженерної моделі) Густина теплового потоку та параметри теплообміну Інтервал, і на початку інтервалу наприкінці інтервалу номер тривалість, qi, Спеч I, I, qi, Спеч I, I, с Вт Вт Вт Вт Вт Вт м2 Км2 м2 К4 м2 К мм2 К 6. ЗВІТ ПРО РОБОТУ ПОВИННИЙ ВКЛЮЧАТИ:

– назву та мету роботи;

– основні теоретичні положення та опис роботи;

– схему експериментальної установки;

– таблицю спостережень;

– розрахункову частину та таблиці розрахунків;

– висновки.

7. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ 7.1. У чому сутність методу обробки дослідних даних з використанням аналітичних рішень 7.2. У чому сутність методу обробки дослідних даних з використанням наближеної теорії нагрівання 7.3. Що характеризує число Біо 7.4. Що означає число Фур'є та температурний симплекс 7.5. З яких частин складається експериментальна установка 7.6. У чому полягає методика проведення досліджень на установці ІМІТАЦІЙНА ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № ДОСЛІДЖЕННЯ НАГРІВУ У МУФЕЛЬНІЙ ПЕЧІ 1. МЕТА РОБОТИ:

Визначення параметрів теплообміну випромінюванням у процесі нагрівання циліндричного зразка у муфельній електропечі.

2. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ Теорія регулярного режиму дозволяє визначати параметри зовнішнього теплообміну по вимірюваним температурам тіла у ході експериментального нагрівання при tпеч = const.

Так, розбивши загальну тривалість нагрівання на n інтервалів, визначають середньомасові температури, коефіцієнти масивності та числа Біо на межах інтервалів:

k3 -tм i = tп i - (tп - tц ), °С (9.1) k3 i i tпеч - tм i mi =, (9.2) tпеч - tп i k2 kBii = (mi -1). (9.3) k3 -Тут tп i та tц i – температури поверхні та центру зразка, °С;

tпеч – температура печі, °С;

k2 та k3 – коефіцієнти усереднення теплових потоків та температур відповідно.

З іншої сторони число Біо визначається співвідношенням:

R Bi =, (9.4) де – коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м2 К);

– коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м К);

R – радіус зразка, м.

З рівняння (9.4) можна визначити коефіцієнт тепловіддачі на границях інтервалів:

iBii i =. (9.5) R Густина теплових потоків на поверхню зразка та зведений коефіцієнт випромінювання печі на межах інтервалів розраховують по формулам:

qп i = i (tпеч - tп i ), Вт/м2 (9.6) qп i печ =, Вт/(м2 К4) (9.7) tп i + tпеч + 100 3. ОПИС ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ Установка (рис. 9.1) складається з муфельної електропечі 1, експериментального зразка 3, пристрою для регулювання температури печі та виміру температури у зразку 2, перемикача 4 для вибору точок виміру.

Рис. 9.1. Експериментальний пристрой.

Лабораторна електропіч 1 складається з металевого корпуса, у верхній частині якого змонтована робоча камера. У робочій камері знаходиться керамічний муфель з намотаним на нього нагрівачем. Простір між муфелем та корпусом печі заповнено теплоізоляційним матеріалом.

Регулювання температури у печі здійснюється автоматично двопозиційним регулятором 2, який одержує сигнал від термоелектричного термометра, розташованого у муфелі печі.

Посад зразка виконується через вікно на лицевій стінці печі, яка закривається дверцятами.

Температура зразка виміряється за допомогою трьох термоелектричних термометрів, один з яких розташований на вісі, а два інших – на відстані 6 мм від поверхні зразка діаметрально протилежно один одному.

Підключення термоелектричних термометрів до регулюючи – вимірювального пристрою здійснюється через перемикач 4.

4. ОПИС ІМІТАЦІЙНОЇ МОДЕЛІ НАГРІВУ ЦИЛІНДРИЧНОГО ЗРАЗКА У МУФЕЛЬНІЙ ЕЛЕКТРОПЕЧІ ТА ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТУ Експериментальна частина лабораторної роботи полягає у постановці обчислювального експерименту на математичній моделі, що імітує нагрівання циліндричного зразка у муфельній електропечі при постійній температурі ( tпеч = const). Імітаційна модель реалізована на ПЕОМ у вигляді програми Labwork1.exe. Повний шлях до програми:

C:\STUDEXE\Labor\T&TMP\Labwork1.exe.

Порядок проведення експерименту.

Включити комп'ютер та запустити на виконання програму Labwork1.exe.

За допомогою клавіш переміщення курсору вибрати пункт меню «ВАРІАНТ» та натиснути клавішу Enter. Указати номер варіанту. На екрані комп'ютера з'являться вихідні дані, що відповідають заданому варіанту. Для продовження роботи натисніть клавішу Esc.

Вибрати пункт меню «НАГРІВАННЯ», використовуючи клавіші переміщення курсору, та нажати клавішу Enter. Далі на екрані комп'ютера з'явиться поперечний розріз розігрітої до заданої температури печі з розташованим у ній холодним зразком, по перетині якого показані точки виміру температур.

Натисніть будь-яку клавішу для продовження роботи. На екрані комп'ютера ви зможете спостерігати імітацію нагрівання зразка, колірна гама якого змінюється по його перетині відповідно до зміни температури. Одночасно із цим, на екрані комп'ютера будується графік залежності температур поверхні та центру зразка від часу нагріву при заданій температурі печі. Поруч із графіком на екран виводяться поточні чисельні значення параметрів нагріву.

По закінченні імітації нагрівання натисніть кнопку Esc. На екран комп'ютера будуть виведені результати експерименту у вигляді графіків залежності температур та теплових потоків від часу нагрівання, а також розподіл температур та теплових потоків по перетині зразка у дискретні моменти часу.

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.