МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ. Мета роботи - поглиблення знань з теорії складного теплообміну, вивчення радіаційного теплообміну між сірими тілами в прозорому середовищі

Мета роботи - поглиблення знань з теорії складного теплообміну, вивчення радіаційного теплообміну між сірими тілами в прозорому середовищі, ознайомлення з методом визначення ступеня чорноти твердих тіл (вакуумний метод “дроту”) і набуття навичок проведення теплотехнічного експерименту.

У результаті виконання роботи необхідно:

– експериментально встановити існування практично чисто радіаційного теплообміну між випромінюючим тілом і оболонкою, побудувати графік залежності у вакуумній камері;

– визначити ступінь чорноти ніхромового дроту і побудувати графік залежності ;

– оцінити похибку експерименту.

6.2 Опис експериментальної установки

 

Схема установки показана на рисунку 6.1. Ніхромовий дріт 5 діаметром d₁=0,5мм натягнутий у скляній камері 3 між мідними шинами 2 через механізм підтягування 4. Вакуум у камері створюється за допомогою вакуум-насоса 11 і регулюється вентилем 10. Для вимірювання розрідження в камері є вакуумметр 9.

Нагрів ніхромового дроту здійснюється від мережі через автотрансформатор 1. Для вимірювання електричної потужності W живлення встановлені амперметр (А) і вольтметр (V).

Температура внутрішньої поверхні скляної стінки камери t₂ вимірюється хромель - копелевою термопарою 6 у комплекті з мілівольтметром 7 (МК -64), а температура дроту - оптичним пірометром яскравості зі "зникаючою ниткою" 8 (абсолютна похибка вимірювання ±14°С). За допомогою пірометра можна зафіксувати температуру яскравості випромінювання. Дійсну температуру знаходять з урахуванням поправки, зазначеної в таблиці на стенді .

 

 

Рисунок 6.1 – Схема експериментальної установки

6.3 Порядок проведення роботи

 

Після вмикання і прогрівання установки знімають залежність температури від тиску в камері p при постійній потужності живлення W = 40-70 Вт.

На побудованому графіку залежність фіксує зразкове значення тиску, при якому можна вже не враховувати перенесення теплоти теплопровідністю між дротом і стінкою камери через повітряний шар.

Основну серію дослідів виконують при максимально можливому розрідженні в камері . Потужність живлення встановлюють у межах 40-70 Вт і замірюють температури і . Необхідно провести не менше чотирьох дослідів.

Результати вимірювань заносять до табл.6.1.

 

Таблиця 6.1

W, Вт			tяскр,оС		р, бар

 

6.4 Обробка результатів вимірювань

 

6.4.1 При використовуванні тонкого дроту і межового вакууму в камері теплота між ніхромовою ниткою і стінкою передається тільки за рахунок випромінювання (чому?). Частина теплоти відводиться у результаті теплопровідності по струмопідвідних шинах. Тому

, (6.1)

тут – радіаційний тепловий потік між ніхромовим дротом і стінками камери, Вт; - тепловий потік через струмопідвідні шини. Для установки, що використовується,

(6.2)

де t_o - температура навколишнього повітря °С.

 

6.4.2 Ступінь чорноти дроту визначають з рівняння Стефана-Больцмана

 

(6.3)

де – постійна Больцмана.

Чому у формулі (6.3) не враховується ступінь чорноти стінок ?

 

6.4.3 За наслідками розрахунків будується графік залежності .

 

6.4 Оцінка похибки експерименту

 

З аналізу формули (6.3) випливає, що основна похибка визначення ступеня чорноти обумовлена, головним чином, точністю вимірювання температури Т ₁(К). Тому максимально можлива відносна, %, похибка непрямого вимірювання величини визначається за формулою

де - допустима абсолютна похибка вимірювання оптичним пірометром, °С.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний авіаційний університет