Методы определения коэффициентов теплопроводности в зернистом слое с движущейся газовой жидкой фазой. Опубликовано значительное число работ по определению коэффициентом теплопроводности в зернистом слое с принудительной конвекцией газа. Можно выделить несколько типовых методов определения коэффициентов теплопроводности, использованных в этих работах I Определение продольного коэффициента теплопроводности l при встречном направлении газа и теплоты.
Последний создается обогревом верхнего и нижнего торца зернистого слоя источником, не мешающим движению газов, например, пластинчатым электронагревателем или инфракрасной лампой.
Стенки аппарата тщательно изолируют, температуру слоя измеряют в нескольких сечениях на оси аппарата и у стенки.
В эксперименте осуществлется одномерный поток теплоты и уравнение XV принимает вид Его решение можно представить так m-dlntdxCPGl Величину l определяют по графику температуры в слое, построенном в полулогарифмических координатах. Модификация описанного метода-создание спутных потоков теплоты и газа при использовании торцевого холодильника вместо нагревателя. Эксперимент можно осуществить только в области малых значений Reэ при больших скоростях газа необходим источник теплоты высокой интенсивности, что может исказить одномерный поток ее. Кроме того, при больших скоростях газа зона теплового влияния источника соизмерима с размером зерна, и принятая квазигомогенная модель слоя нарушается.
II. Определение радиального коэффициента теплопроводности r при одномерном потоке по радиусу аппарата. При этом источник теплоты - электронагреватель - расположен в трубке по оси аппарата либо обогревается внешняя стенка аппарата внутренняя трубка охлаждается водой. Температуру газа на входе поддерживают равной температуре на выходе.
В этом случае распределение температуры слоя по радиусу такое же, как для цилиндрической стенки, и коэффициент теплопроводности определяют по формуле где Q - общее количество теплоты, передаваемое через слой L - высота слоя t1 и t2 - температуры слоя на расстояниях от оси r1 r2. III. Совместное определение радиального и продольного коэффициентов теплопроводности в зернистом слое. Определение r и l проводят по результатам измерения температур в трубе с зернистым слоем, охлаждаемой снаружи, при параллельном и встречном направлении потоков тепла и газа. В торце цилиндрического аппарата помещен электронагреватель, создающий равномерный тепловой поток.
Стенки аппарата охлаждаются интесивным потоком воды. В зернистом слое создается двумерное температурное поле. Каждый опыт проводят при двух направлениях потока газа, имеющего одинаковую скорость. Практическая часть.
Задачи по теплопроводности. 1. Для определения коэффициента теплопроводности сыра методом пластины см. рис.1. через слой продукта, имеющего форму диска диаметром 150 мм, толщиной 12 мм, направляют тепловой поток Q14.8 ккалчас. Температура обогреваемой поверхности диска 40оС, на охлаждаемой 6оС. Рассчитать коэффициент теплопроводности сыра. Ответ 0.30ккалмчасград. Рис.1. Прибор для определения теплопроводности материала методом пластины. 1-сыр 2-охладитель 3-электронагреватель.
Решение Уравнение теплопроводности для установившегося потока через однослойную плоскую стенку где r - термическое сопротивление стенки. Отсюда 2. Какой максимальной толщины слой льда может образоваться на поверхности пресного водоема, если средняя температура на верхней поверхности льда будет сохранятся -10оС, ежечасная потеря тепла водой через лед составляет 24.1 ккалм2час, а коэффициент теплопроводности льда 1.935 ккалмчасград. Какова будет потеря тепла с 1 м2 поверхности льда при толщине его 1.0 м, если температура на верхней поверхности останется прежней Ответ 0.8 м q19.3 ккалм2час. Решение Для однослойной плоской стенки Так как образование льда будет продолжаться до тех пор, пока на внутренней поверхности льда не установится температура 0оС, то в рассматриваемом случае При одинаковых температурных условиях т.к. t1t2, следовательно, 3. Для постройки временного жилища у арктической экспедиции имеются в распоряжении фанера сосновая толщиной 5 мм, земля влажная и снег. В какой последовательности следует расположить материалы в конструкции стенки и какие толщины принять для слоя земли и снега если тепловыделения внутри дома соответствует удельному тепловому потоку 50 ккалм2час, требуемая температура стенки внутри помещения 20оС, а средняя расчетная температура наружной поверхности стенки -45оС. Так как получение земли в арктических условиях затруднительно, то слой земли должен быть минимальным.
Определить также, что произойдет если толщина снегового слоя будет взята больше требуемой по расчету. Для сосновой фанеры принять 0.092 ккалмчасград для влажной земли 0.565 ккалмчасград для снега 0.40 ккалмчасград.
Ответ последовательность расположения материалов фанера-земля-снег. земли0,195 м снега0.360 м. Решение Для трехслойной стенки уравнение теплопроводности при стационарных условиях имеет вид Последовательность слоев, по-видимому, должна быть такова, чтобы снег был как можно дальше от внутренней поверхности стены.
Внутренняя поверхность должна быть покрыта фанерой, затем следует земля и снег. В вышеуказанном уравнении две неизвестные величины - 2 и 3. Минимальный слой земли 2 должен быть таков, чтобы не происходило таяние снега, иначе земля будет увлажняться и размываться, а толщина слоя снега - уменьшаться до величины, менее расчетной, для этого температура t3 на границе земли с снегом должна быть выше 0оС. Следовательно, минимальная толщина земляного слоя должна удовлетворять уравнению Отсюда Теперь толщину снега можно найти из уравнения Откуда Дальнейшее увеличение толщины слоя снега по расчету не требуется в случае превышения расчетной толщины снегового слоя при том же размере тепловыделений внутри помещений, распределение температур в стенке изменится в сторону повышения общей разности температур t, причем температура на внутренней поверхности снегового слоя будет стремиться расти, а на наружной понизится по сравнению с исходными температурами.
Если при 3400 мм наружная стенка имеет t-45oC, то при стационарных условиях Начинается таяние снега и будет продолжаться до достижения 3360мм. 4. Для определения теплопроводности жидких тел иногда используют метод шарового бикалориметра рис.2. Основными частями прибора являются ядро, внешняя шаровая оболочка и термопара.
Для получения в экспериментах величин действительной теплопроводности жидкости должны быть соблюдены условия, при которых влиянием конвекции можно пренебречь.
Определить при какой температуре сферического слоя фреона 12 теплопередача в нем будет обуславливаться только теплопроводностью жидкости.
Температура горячей поверхности t12oC, температура холодной поверхности t20оС. Ответ 2.9 мм. Рис.2. Шаровой бикалориметр 1-трубка термопары 2-ядро 3-слой исследуемой жидкости 4-центрирующие штифты 5-внешняя шаровая оболочка Решение Известно, что влияние конвекции можно не учитывать, если GrPr 1000. Определяющая температура Физические параметры фреона-12 при t1оС 0.21010-6 м2сек 23.810-4 1град, Pr3.39. Так как то толщина слоя должна быть 2.910-3 м2.9 мм 5. Определить эквивалентный коэффициент теплопроводности водяной прослойки толщиной 15 мм. Температура одной поверхности t125oC, второй t255oC Ответ экв4.51 ккалмчасград Решение Определяющая температура Физические параметры H2O 54.510-2 ккалмчасград 0.65910-6 3.8710-4 1град Pr4.31. Подставляя найденные данные в выражение для Грасгофа, получим GrPr8.851054.313.81106 Найдем коэффициент конвекции к0.4GrPr0.20.420.718.284. Эквивалентный коэффициент теплопроводности эквк54.510-28.2844.51ккалмчас град