WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 |
ГОУ ВПО “Тамбовский государственный технический университет” Методические указания к выполнению практических занятий по учебной дисциплине «Методы и приборы контроля качества веществ, материалов и изделий»в 10 семестре для студентов группы МГ-51, обучающихся в магистратуре по программе 200500.15 – “Всеобщее управление качеством” Составители: С.В. Пономарев А.Г. Дивин Тамбов - 2006 Лабораторно-практическая работа №1 ОСНОВЫ ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ Цель работы: Изучение основ феноменологической теории теплопроводности и получение практических навыков в постановке задач о расчете температурных полей плоских пластин, неограниченных цилиндров и шаров с граничными условиями 1-го, 2-го, 3-го и 4-го рода.

Задание: 1. Изучить основы феноменологической теории теплопроводности.

2. Получить навыки постановки задачи о расчете температурных полей, используя примеры решения задач.

3. Закрепить полученные навыки, проведя расчеты по вариантам из таблицы 1, используя задачи для самостоятельного решения.

Методические указания Перед началом выполнения лабораторной работы следует изучить материал главы 1 [1, с. 5-22].

Примеры решения задач Задача 1. Записать постановку задачи о расчете температурного поля плоской пластины толщиной Н, на поверхности x = 0 которой заданы граничные условия первого рода, а на поверхности x = Н граничные условия второго рода. Начальные условия постоянные.

Ответ:

2 T (x, ) T (x, ) = a, x2 > 0, 0 < x < Н, T (x,0) = Tн = const, T (0, ) = ( ), T (H, ) = q( ).

x Задача 2. Записать постановку задачи о расчете температурного поля плоской пластины толщиной Н, на поверхности x = 0 которой заданы граничные условия второго рода, а на поверхности x = Н граничные условия третьего рода. Начальные условия постоянные.

Ответ:

2 T (x, ) T (x, ) = a, x2 > 0, 0 < x < Н, T (x,0) = Tн = const, T (0, ) - = q1( ), r T (H, ) = [ ( ) - T (H, )].

x Задача 3. Записать постановку задачи о расчете температурного поля неограниченного сплошного цилиндра радиуса R c постоянной Tн = 0оС = первоначальной температурой, помещенного в момент времени Tк = 50оС в активно перемешиваемую жидкость с температурой.

Ответ:

T (r, ) 1 T (r, ) = a r, r r r > 0, 0 < r < R, T (r,0) = Tн = 0oC, T (0, ) = 0, r T (R, ) = Tк = 50o C.

Задача 4. Записать постановку задачи о расчете температурного поля шара с первоначальной температурой T (r,0) = Tн = const, который в момент = времени помещен в активно перемешиваемую жидкость с температурой Tк = const.

Ответ:

T (r, ) 1 T (r, ) = a r2, r r r > 0, 0 < r < R, T (r,0) = Tн = const, T (0, ) = 0, r T (R, ) = Tк = const.

= Задача 5. То же самое, но шар в момент времени помещен в газовую среду, теплообмен с которой происходит по закону Ньютона.

Ответ:

T (r, ) 1 T (r, ) = a r2, r r r > 0, 0 < r < R, T (r,0) = Tн = const, T (0, ) = 0, r T (R, ) c = [T ( ) - T (R, )].

r Задача 6. Для двухслойного неограниченного цилиндра (0 < r < R и R < 1 r < R ) из материала с постоянными теплофизическими свойствами,, а, 2 1 2 а при r = R заданы граничные условия специального вида (p() = p = const), 2 при r = 0 задан тепловой поток q = 0, при r = R известен закон теплообмена по закону Ньютона с греющей средой TC().

Начальное условие имеет вид T (r) = 0.

Н Записать постановку задачи о расчете температурного поля T(r,).

Ответ:

T1(r, ) T1(r, ) = a1 r, r r > 0, 0 < r < R, T2(r, ) T2(r, ) = a2 r `, r r > 0, R1 < r < R, T1(r,0) = 0, T2(r,0) =, T1(0, ) =, r T1(R1, ) = T2 (R1, ), T1(R1, ) T2 (R1, ) - = p = const, 1 r r T2 (R2, ) C - = [T ( ) - T2 (R2, )].

r Задачи для самостоятельного решения Варианты заданий для самостоятельной работы Таблица Но Система Облас Нача Граничные мер координат ть льные условия варианта определения условия r r = r = R R = 1 R 1 Декартова Г ГУ R < r T (r) У-1 -1 н 2 Цилиндри

3. Какие бывают температурные поля 4. Что такое изотермическая поверхность 5. Каким образом вводится понятие – градиент температурного поля 6. Каким образом вводится понятие – плотность теплового потока 7. Поясните смысл и запись основного закона теплопроводности Фурье.

8. Каким образом получается запись закона теплопроводности Фурье для несжимаемого вещества при его представлении с использованием энтальпии 9. Поясните (на основе упрощенной записи закона теплопроводности Фурье) физический смысл коэффициента теплопроводности и коэффициента температуропроводности.

10. Самостоятельно осуществите вывод соотношения (1.10).

11. Выполните переход от соотношения (1.10) к дифференциальному уравнению теплопроводности в виде (1.13).

12. Каким образом из уравнения (1.13) получается уравнение теплопроводности (1.15) 13. Запишите трехмерное дифференциальное уравнение нестационарной теплопроводности для декартовой системы координат.



14. Запишите трехмерное дифференциальное уравнение стационарной теплопроводности для декартовой системы координат.

15. Каким образом с использованием понятия – коэффициент формы – записываются дифференциальные уравнения нестационарной теплопроводности в декартовой, цилиндрической и сферической системах координат 16. Какими дополнительными условиями должно быть дополнено дифференциальное уравнение нестационарной теплопроводности для того, чтобы получить запись прямой и/или обратной краевой задачи теплопроводности 17. Каким образом задаются начальные условия 18. Какие виды граничных условий вы знаете 19. Приведите примеры задания граничных условий первого рода.

20. Поясните физический смысл и приведите примеры задания граничных условий второго рода.

21. Какой физический смысл имеет закон конвективного теплообмена Ньютона 22. Поясните физический смысл и приведите примеры задания граничных условий третьего рода.

23. Каким образом задают знак ("+" или "-") при записи граничных условий второго и/или третьего рода на левой и на правой границах области определения краевой задачи теплопроводности 24. Поясните физический смысл и приведите примеры задания граничных условий четвертого рода.

25. Поясните физический смысл и приведите примеры задания граничных условий четвертого рода специального вида.

26. Что является исходными данными прямой краевой задачи теплопроводности, и какие результаты получаются в итоге ее решения 27. По заданию преподавателя запишите постановку прямой краевой задачи теплопроводности.

28. Что является исходными данными обратной краевой задачи теплопроводности (относительно граничных условий) и какие результаты получаются в итоге ее решения 29. По заданию преподавателя запишите постановку обратной краевой задачи теплопроводности.

30. Что является исходными данными инверсной краевой задачи теплопроводности (относительно коэффициентов) и какие результаты получаются в итоге ее решения 31. По заданию преподавателя запишите постановку инверсной краевой задачи теплопроводности.

Литература 1. Пономарев, С.В. Теоретические и практические аспекты теплофизических измерений: Монография. В 2 кн./ С.В. Пономарев, С.В.

Мищенко, А.Г. Дивин.-Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2006.-Кн. 1.- 204с.

Лабораторная работа №Измерение теплоемкости материалов методом монотонного разогрева Цель работы: Изучение теоретических основ и получение практических навыков измерения теплоемкости материалов методом монотонного разогрева.

Задание: Определить зависимость удельной теплоемкости исследуемого материала от температуры в интервале от +60 до +200 °С.

Методические указания Перед началом выполнения лабораторной работы следует изучить материал параграфа 3.2 [1, с. 34-38].

Описание лабораторной установки Основой лабораторной установки является модифицированный прибор ИТ-с-400, который состоит из блока питания 1 (см. рис. 1) и измерительного блока 2. Последний блок имеет адиабатическую оболочку, состоящую из верхней 3 и нижней 4 частей. Имеется возможность поднимать и поворачивать верхнюю часть оболочки, что позволяет производить установку исследуемого образца.

Рис. 1 – Общий вид прибора ИТ-с-Исследуемый образец 1 (см. рис. 2), имеет форму цилиндра диаметром 15 мм и высотой 10 мм и помещается в ампулу с крышкой. Через тепломер 2 в образец поступает тепловой поток от нагревателя 4. Для предотвращения теплообмена с окружающей средой адиабатическая оболочка 3 нагревается до той же температуры, что и образец.

На нижней и верхней поверхностях тепломера, а также в адиабатической оболочке установлены термоэлектрические преобразователи BK1…BK4, подключенные к нормирующим преобразователям НПТ-2.2.

Выходные сигналы преобразователей поступают на аналоговые входы платы сбора данных PCI-MIO-16E-1 производства National Instruments, а также на вторичный 4-х канальный цифровой показывающий прибор ПКЦ -4Э.

Полученные при помощи АЦП платы сбора данных, цифровые эквиваленты сигналов термоэлектрических преобразователей обрабатываются в персональном компьютере по программе, разработанной в среде LabView 8.0.

Для управления скоростью разогрева образца и разностью температур образца и адиабатической оболочки программно реализованы виртуальные регуляторы. С их помощью на аналоговых выходах платы сбора данных, согласно пропорционально интегрально-дифференциальному (ПИД) закону регулирования, формируются сигналы с напряжением 0…10 В, которые через усилитель мощности поступают на нагреватели 4, 5. При этом скорость нагрева образца поддерживается равной 0,1 К/с, а температура нагревателя адиабатической оболочки равна температуре образца.

Рис. 2 – Функциональная схема лабораторного стенда по изучению метода измерения теплоемкости материалов в режиме монотонного разогрева.

Порядок выполнения эксперимента Эксперимент проводится в режиме удаленного доступа по каналам сети Интернет.

1. Включить персональный компьютер, дождаться загрузки операционной системы и в строке адреса Интернет-браузера указать следующее: http:\\82.179.148.38\Itc.htm.

После вызова программы в окне Интернет-браузера появится панель управления виртуального прибора, показанная на рисунке 3. После этого взять управление лабораторным стендом на себя (см. п.2 порядка выполнения лабораторной работы №1).





Рисунок 3 – Вид главной лицевой панели В правой части панели расположены четыре кнопки: «Константы», «Градуировка» «Эксперимент», «Просмотр». Немного ниже и левее находится кнопка «STOP», предназначенная для выхода из программы.

Кнопка «Константы» служит для ввода значений удельной теплоемкости и массы стандартного медного образца.

Кнопка «Градуировка» позволяет провести градуировочные эксперименты с медным образцом и с пустой ампулой, по результатам n (T ) которых вычисляются постоянные прибора K (T) и.

Т T Кнопка «Эксперимент» позволяет провести измерение теплопроводности исследуемого образца в заданном диапазоне температур.

Кнопка «Просмотр» служит для вызова подпрограммы отображения полученных ранее экспериментальных данных.

2. Нажать кнопку «Эксперимент». Это вызовет появление диалогового окна (см. рисунок 4), где необходимо ввести запрашиваемую исходную Рисунок 4 – Диалоговое окно информацию.

для ввода исходных данных После ввода всех данных и нажатии клавиши «OK», на экране появится панель управления экспериментом, показанная на рисунке 5. Эта панель разбита на четыре зоны.

В верхней зоне справа расположен графический индикатор, на котором отображаются термограммы нижней и верхней поверхности тепломера.

На правом нижнем индикаторе регистрируется темп разогрева образца.

Рисунок 5 – Панель управления экспериментом В левой верхней области панели управления расположены элементы индикации параметров эксперимента:

• индикатор текущего времени эксперимента;

• индикатор названия исследуемого материала;

• индикаторы выходных сигналов регуляторов;

• индикатор разности температур исследуемого образца и адиабатической оболочки (колпака);

• индикатор примерного значения удельной теплоемкости исследуемого образца. Это значение вычислено с использованием зависимости:

kT (T ) dT( ) n c = T(T ) - (T ), T m d где m – масса образца, T – перепад температур на тепломере, dT/d - скорость изменения температуры на верхней поверхности тепломера.

В нижней зоне слева расположены органы управления, предназначенные для изменения следующих режимов эксперимента:

• предельной температуры образца, которая может быть достигнута в эксперименте;

• темпа разогрева;

• кнопка «Стоп», предназначенная для прекращения эксперимента и выхода в программу для обработки полученных экспериментальных данных;

• кнопка «Старт», которая служит для запуска эксперимента.

• индикаторы включения нагревателя и выхода на режим (когда выравниваются скорости роста температур на нижней и верхней поверхностях тепломера).

После окончания эксперимента на экране монитора выводится окно с результатами эксперимента (см. рисунок 6). В этом окне пользователь имеет возможность также уменьшить число экспериментальных точек путем их округления, установить нижние пределы измерения и аппроксимации, Пользователь имеет возможность сохранить данные в указанное им место в текстовый файл, напечатать график зависимости на принтере или напечатать рисунок в файл.

При нажатии кнопки «Exit» пользователь возвращается в главное окно программы.

Рисунок 6 – Вид панели с результатами эксперимента Содержание отчета 1. Название работы, цель и задание.

2. Рисунок 2.

3. График зависимости теплоемкости исследуемого материала от температуры.

Контрольные вопросы 1. Расскажите об устройстве измерительного блока прибора ИТ-с-400.

2. Как в эксперименте определяется тепловая мощность, подводимая к стакану с образцом 3. Выведите расчетную формулу для теплоемкости образца.

4. Объясните схему лабораторного стенда.

5. Что Вы понимаете под адиабатическим разогревом образца 6. Сколько термопреобразователей находится в составе прибора ИТ-с400 и где они расположены 7. Поясните порядок выполнения лабораторной работы.

8. Что являются регулируемыми параметрами в приборе ИТ-с-400 9. Почему используемые ПИД-регуляторы называют виртуальными 10.Как производится градуировка прибора 11.Для чего внешняя поверхность адиабатической оболочки выполнена ребристой 12.Каким образом компьютер сопряжен с прибором ИТ-с-400 Литература 1. Пономарев, С.В. Теоретические и практические аспекты теплофизических измерений: Монография. В 2 кн./ С.В. Пономарев, С.В.

Мищенко, А.Г. Дивин.-Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2006.-Кн. 1.- 204с.

Лабораторная работа №ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ СТАЦИОНАРНЫМ МЕТОДОМ Цель работы: Изучение стационарного метода и измерительного устройства для определения теплопроводности неметаллических материалов стационарным методом.

Задание: 1.Изучить теоретические основы стационарного метода определения теплопроводности твердых материалов.

2. Изучить конструкцию прибора ИТ-4 и схему лабораторного стенда.

3.Экспериментально определить теплопроводность исследуемого материала стационарным методом.

Методические указания Перед началом выполнения лабораторной работы следует изучить материал параграфов 4.1 и 4.2 [1, с. 43-68].

Описание лабораторной установки Лабораторная установка создана на основе прибора ИТ-4, конструктивная схема которого представлена на рис. 1. Основание 1 прибора, представляющее собой сварную стальную конструкцию прямоугольной формы, предназначено для крепления к нему кронштейна 4, холодильника и дна с опорными ножками прибора. Внутри основания укреплена плата 15, разведены и укреплены электрические провода, схема и шланги охлаждения.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |










© 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.