Перед началом лабораторной работы ознакомиться с теоретическим материалом по теме работы и правилами техники безопасности.

На горячем спае термопары формируем из расплавленного материала образец сферической формы, путем обмакивания спая в расплав и выдержания на воздухе для затвердевания жидкого слоя, процедуру обмакивания повторить многократно до образования гранулы достаточного размера. При этом необходимо обеспечить расположение точки спая в центре гранулы.

После термостатирования образца в газовой фазе, измерить диаметр образца  с помощью микрометра. С помощью мерного стакана отмерить 500 мл воды и перелить керамический стакан. Воду в керамическом стакане с помощью нагревательного устройства нагреть, температуру воды контролировать спиртовым термометром. При этом необходимо, чтобы температура воды в сосуде не превышала температуры плавления материала образца. Термопару посредством соединительных проводов подключить к колодкам самописца. Перед проведением измерительного эксперимента гранулу охладить в стакане с холодной водой. Установить на самописце оптимальную скорость протяжки диаграммной ленты (рекомендуемая скорость – 5400 мм/час.). Включить самописец в сеть 220В. С помощью тумблеров на передней панели регистрирующего прибора включить прибор и лентопротяжный механизм, после чего произвести быстрое опускание гранулы в среду теплоагента и провести  регистрацию динамики изменения температуры точки горячего спая на материальном носителе с помощью КСП-4. После достижения установившегося положения пера самописца относительно материального носителя, самописец выключить. По диаграмме определить значения: начальную температуру образца и воды (милливольтах), температуру (милливольтах) и время (секундах) для экспериментальной точки.

 Используя листинг программы (приложение В) рассчитать значение коэффициента теплопроводности материала образца, решая обратную нестационарную задачу теплопереноса, и сравнить полученное значение с табличным. В случае несовпадения значений коэффициентов теплопроводности объяснить причины.

       По результатам выполненной лабораторной работы оформить отчет, в соответствии с требованиями нормативных документов к оформлению научно-технических отчетов.

 

Контрольные вопросы

1. К какому виду средств измерений относится термопара? Дайте определение данного вида средств измерений.

2. На чем основан принцип действия термопары, как средства измерений?

3. Какие вторичные измерительные приборы используются в схеме совместно с термопарами?

4. Как изменится положение указателя отсчетного устройства милливольтметра, если к нему подключить термопару и положить ее на стол рядом с измерительным прибором при температуре 25^oС?

5. Почему значение температуры горячей воды в стакане измеренное спиртовым термометром не совпадает с результатом измерений с помощью термопары?

6. Объясните как определить временную координату (в секундах) для шестой точки на диаграмме.

7. Объясните причину неадекватности динамических характеристик построенных в результате проведенного эксперимента.

8. Какие виды термопреобразователей Вам еще известны?

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Градуировочная таблица для термопары хромель-алюмель

(градуировка ХА)

Свободные концы при 0⁰С

 

Темпе- ратура рабоче-го спая, 0С	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
	т.э.д.с.,мВ
0	0	0,40	0,80	1,20	1,61	2.02	2,43	2,85	3,25	3,68
100	4,1	4,51	4,92	5,33	5,73	6,13	6,53	6,93	7,33	7,73
200	8,13	8,53	8,93	9,34	9,74	10,15	10,56	10,97	11,38	11,80
300	12,21	12,62	13,04	13,45	13,87	14,29	14,72	15,14	15,56	15,98
400	16,40	16,83	17,25	17,67	18,09	18,51	18,94	19,37	19,79	20,22
500	20,65	21,08	21,50	21,93	22,35	22,78	23,21	23,63	24,06	24,49
600	24,91	25,33	25,76	26,19	26,61	27,04	27,46	27,88	28,30	28,73
700	29,15	29,57	29,99	30,41	30,83	31,24	31,66	32,08	32,49	32,91
800	33,32	33,72	34,13	34,55	34,95	35,36	35,76	36,17	36,57	36,97
900	37,37	37,77	38,17	38,57	38,97	39,36	39„76	40,15	40,54	40,93
1000	41,32	41,71	42,09	42,48	42,67	43,26	43,64	44,02	44,40	44,78
1100	45,16

 

 

Градуировочная таблица для термопары хромель-копель (градуировка ХК)

                                                                                           Свободные концы при 0⁰С

Темпе- ратура рабоче-го спая, 0С	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
	т.э.д.с.,мВ
0	0	0,65	1,31	1,98	2,66	3,35	4,05	4,76	5,48	6,21
100	6,95	7,69	8,43	9,18	9,93	10,89	11,46	12,24	13,03	13,84
200	14,66	15,48	16,30	17,12	17,95	18,77	19,60	20,43	21,25	22,08
300	22,91	23,75	24,60	25,45	26,31	27,16	28,02	28,89	29,76	30.62
400	31,49	32,35	33,22	34,08	34,95	35,95	36,68	37,55	38,42	39,26
500	40,16	41,03	41,91	42,79	43,68	44,56	45,45	46,34	47,23	48,12
600	49,02

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

 

Компьютерная модель динамической характеристики термопреобразователя

uses

GRAPH,CRT;

const la1= ; la2= ; mu2=1e-3; g=1;

   d= ; lpre= ; n1=30 ; rot= ; rog= ; c1= ; c2=;

x3=24; y3=24;

{ la1 -коэффициент теплопроводности матер.преобраз, Дж/(с*м*К)

la2 -коэффициент теплопроводности среды, Дж/(с*м*К)

n- количество шагов между распечатками

n3-шаг распечатки по радиусу

g-геометрический параметр

d-наружный диаметр преобразователя, м

n1-количество точек по радиусу

rot-плотность материала преобразователя, кг/м^3

rog-плотность среды, кг/м^3

c1-теплоемкость материала преобразователя , Дж/(кг*К)

c2-теплоемкость среды, Дж/(кг*К)

lpre-длина погруженной части термопреобразователя, м

wprot-скорость протяжки диаграммной ленты, мм/час}

var

pxmax,pymax,x,y,gm,gd,i,j,ne,n2,yk: integer;

wprot,rmax,t4,t1,w1,w2,a1,t3,rewit,wwit,pe,

nu,al,tn,fxmax,fymax,a,o,

mx,my,t2,r3,t,s1,s2,t1s,t1n1_,t_,te,te_,t1e,t1e_ : real;

r,t1i :array[0..110] of real;

ex:text;

ab :string[4];

ob :string[4];

function

ct(z,q:real):real;

begin

ct:=exp(q*ln(z))

end;

 

begin

TextBackGround(Red);

TextColor(LightCyan);

ClrScr;

wprot := ;{cкорость протяжки диаграмной ленты}

rmax:=d/2; {наружный радиус преобразователя}

wprot:=wprot/3600;

{ne- количество экспериментальных точек, t4 - температура воды, град.С};

        

  GD := detect;

       InitGraph(GD, GM,'');

 

ClearDevice;

SetBkColor(Blue);

SetColor(LightRed);

  x :=45;

while x <= 573 do

begin

line(x,50,x,410);

x :=x+x3

end;

  y :=50;

while y <= 410 do

begin

line(45,y,573,y);

y :=y+y3

end;

SetColor(14);

OutTextXY(530,450,'t, c');

OutTextXY(10,30,'t, град.С');

OutTextXY(280,10,'Экспериментальная кривая');

OutTextXY(280,30,'Расчетная кривая');

circle(250,12,3);

line(235,12,265,12);

setcolor(LightCyan);

line(235,32,265,32);

setcolor(14);

  x :=45; a :=0;

while x <= 573-48 do

begin

str(a:3:1,ab);

OutTextXY(x,430,ab);

a :=a+6;

x :=x+2*x3

end;

  y :=410; o :=0;

while y >= 50 do

begin

str(o:3:2,ob);

OutTextXY(10,y,ob);

o :=o+5;

y :=y-y3

end;

pxmax :=528; pymax :=360; fxmax :=66; fymax :=100;

mx :=pxmax/fxmax; my :=pymax/fymax;

yk :=pymax+50;

 

{te - время от начала эксперимента,

t1e- температура соответствующая экспериментальной точке}

 

w1:=3.14*sqr(rmax)*lpre; w2:= ;

{ w1-объемный расход (объем) дисперсной фазы, м^3/с (м^3)

w2-объемный расход (объем) сплошной фазы, м^3/с (м^3) }

 a1:=la1/(rot*c1);

t3:=sqr(rmax/n1)/(2*a1);

rewit:=0; {Рейнольдс витания}

wwit:=rewit*mu2/(d*rog); {Скорость витания}

pe:=wwit*d/a1; {Критерий Пекле}

nu:=2; {+0.76*ct(rewit,(1/6))*ct(pe,(1/3));} { Критерий Нуссельта }

al:=nu*la2/d;

{al-коэффициент теплоотдачи}

tn:=te;

n2:=round(tn/t3+1);

{ n2-количество шагов по времени }

FOR i:=0 TO n1 do

t1i[i]:=t1;

t2:=t4; t1s :=t1; ; {начальное условие}

r3:=-rmax/n1; r[0]:=rmax; t:=0;

{ r3- шаг по радиусу }

FOR j:=0 TO n2 do

begin

{t_, t1n1_ - координаты расчетной кривой }

t_ :=t;

t1n1_ :=t1i[n1];

t:=t+t3; r[1]:=rmax+r3;

{t- текущее время процесса,с}

s1:=t1i[0]*r[0]*r3;

t1i[0]:=(la1*t1i[1]-al*r3*t2)/(la1-al*r3);

{ T1i[0]=...-граничное условие }

s2:=t1i[0]*r[0]*r3;

FOR i:=1 TO n1-1 do

begin

s1:=s1+t1i[i]*r[i]*r3;

t1i[i]:=a1*t3*((t1i[i-1]-2*t1i[i]+t1i[i+1])/sqr(r3)+

g*(t1i[i+1]-t1i[i])/(r[i]*r3))+t1i[i];

r[i+1]:=r[i]+r3;

s2:=s2+t1i[i]*r[i]*r3;

end;

t1i[n1]:=t1i[n1-1];

t1s:=-2*s2/sqr(rmax);

t2:=-2*(s1-s2)*w1/(w2*sqr(rmax)*c2*rog)*c1*rot+t2;

{ t2-температура сплошной (жидкой) фазы }

setcolor(15);

line(round(t_*mx+45),yk-round(t1n1_*my),round(t*mx+45),yk-round(t1i[n1]*my));

 

end;

readln;

end.

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Определение коэффициента теплопроводности для термопары ТХК

 

program izkotep;

 uses crt;

label stept3, ClearSc, cikl,npri;

const

la2 =; g=2 ; n3=10; ro1= ;

ro2 = ; c1 =; c2 = ; np =100; w2 =; n1=30; dt1 =0.1;

d= ; le = ;v = ; t1m = ; t4m =; t1cem =;

 {la1-коэффициент теплопроводности материала образца, Вт/(m*K),

la2-коэффициент теплопроводности сплошной фазы, Вт/(m*K),

ro1-плотность матерала образца,

c1-теплоемкость материала образца,

ro2-плотность жидкой фазы,

c2-теплоемкость жидкой фазы,

n3-шаг распечатки по радиусу,

k-колич.шагов по времени для опред.разн.сравн.te-t,

g-геометрический параметр,

np-шаг распечатки на экран,

w2 - объем сплошной фазы,

d-диаметр образца, мм,

le-расст.между начальн.и выбранной эксперим.точкой на диаграмме

v-скорость протяжки диагр.ленты

t1m,t4m,t1cem-значения в мВ, соотв.начальным.темпер.образца,

жидкой фазы,темпер.в выбранной экспер.точке на диаграмме}

var

i : integer;

tm, k, t, r3,t2,la1,alf,s1,s2,t1s,p,a11,a12,

t3,a, w1,t4,t1cep,t1,vp,rmax,te :real;

 

t1i,r :array[0..1000] of real;

function

ct(z,q:real):real;

begin

ct:=exp(q*ln(z))

 end;

 

begin

TextBackGround(Red);

TextColor(LightCyan);

 

ClrScr;

 

begin

a11 :=5e-9; a12 :=5e-6;

rmax:=d/2/1000; {радиус образца}

vp:=v/3600;

te:=le/vp ;

 t1 :=per(t1m); t4 :=per(t4m); t1cep :=per(t1cem);

 writeln('  ');

 writeln('Радиус образца r =', rmax:6:3, 'м');

 writeln('Начальная температура образца t1=', t1:5:2, 'град. C');

 writeln('Начальная температура жидкой фазы t4=', t4:5:2, 'град. C');

 writeln('Эксперимент.значение температуры t1cep=', t1cep:5:2, 'град. C');

 writeln('Время эксперимента te=', te:5:2, 'секунд');

 writeln('Теплоемкость образца c1= ', c1:3, 'Дж/(кг*град.С)');

readln;

w1 := 4*3.14*ct(rmax,3)/3;

{r-радиус обьекта,м

 w1-обьем обьекта,м^3

 w2-обьем сплошной фазы,м^3

 n1-количество точек по радиусу

 t1cep - эксперимент.значение температуры в центре образца

 в момент времени te

 dt1-разность сравнения abs(t1i(n-1)-t1cep)}

Stept3:

a:=(a11+a12)/2 ;

{a-коэффициент температуропроводности материала образца}

t3:=sqr(rmax/n1)/(2*a);

la1:=a*ro1*c1;

writeln('a=',a, 'м^2/с'); writeln(' ');

writeln('la1=',la1:7:3, 'Вт/(м*К)');

alf:=la2/rmax; {alf- коэффициент теплоотдачи,Вт/(m*K)}

for i:=0 to n1 do

begin

t1i[i]:=t1; {начальное условие}

end;

r3:=-rmax/n1; r[0]:=rmax; t:=0; k:=0;

{r3 - шаг по радиусу}

t2:=t4;

Cikl:

t:=t+t3; tm:=t/60; r[1]:=rmax+r3; k:=k+1;

{t-текущее время процесса,с}

s1:=t1i[0]*sqr(r[0])*r3;

t1i[0]:=(la1*t1i[1]-alf*r3*t2)/(la1-alf*r3);

{t1i[0]=... - граничное условие}

s2:=t1i[0]*sqr(r[0])*r3;

for i:=1 to n1-1 do

begin

s1:=s1+t1i[i]*sqr(r[i])*r3;

t1i[i]:=a*t3*((t1i[i-1]-2*t1i[i]+t1i[i+1])/sqr(r3)+

g*(t1i[i+1]-t1i[i])/(r[i]*r3))+t1i[i];

{t1i[i]=... уравнение теплопроводности образца}

r[i+1]:=r[i]+r3;

s2:=s2+t1i[i]*sqr(r[i])*r3;

end;

t1i[n1]:=t1i[n1-1];

if k<np then goto npri;

writeln('t1i[',n1,']=',t1i[n1]:6:3, ' ', 't=',t:6:3);

writeln('t3=',t3:6:3);

k:=0;

npri:

t1s:=-3*s2/ct(rmax,3);

t2:=-3*(s1-s2)*w1*ro1*c1/(w2*ro2*c2*ct(rmax,3))+t2;

 {t2-температура жидкой фазы}

if abs(t1i[n1]-t1cep)<=dt1 then

begin

if te-t<k*t3 then goto ClearSc;

a12:=a; goto Stept3;

end;

if t<te then goto Cikl;

if abs(t1i[n1]-t1cep)>dt1 then

  begin

if t1i[n1]-t1cep<=0 then

begin

a11:=a; goto Stept3;

end;

a12:=a; goto Stept3;

end;

ClearSc:

clrscr;

writeln('d=',d:5, 'мм'); writeln(' ');

write('a=',a, 'm^2/c'); writeln(' ');

writeln('la1=',la1:6:3,'Вт/(м*К)');

 writeln(' ');

writeln('t3=',t3:6:3,'секунд');

writeln('t=',t:7:3, 'секунд');

writeln(' ');

i:=0;

WHILE I<=N1 DO

begin

writeln('t1i[',i,']=',t1i[i]:6:3);

I :=I+N3;

END;

writeln(' ');

writeln('t1s=',t1s:6:2, 'град.С');

writeln(' ');

writeln('t2=',t2:6:2, 'град.С');

end;readln;

textBackGround(0);    TextColor(7);

ClrScr;

end.

 

⇐ Предыдущая1234567

Поделиться: