Determinarea Conductivității Termice a Materialelor prin Metoda de Țeavă

Tema: Determinarea conductivităţii termice a materialelor prin metoda de ţeavă.

Scopul lucrării:

Determinarea pe cale experimentală a coeficientului conductivităţii termice şi a dependenţei lui de temperatura materialului; compararea valorilor obţinute din experienţa cu valorilor citite din tabele (literatura).

Instalaţia experimentală:

Fig. 1 Instalatia experimentală.

Instalaţia experimentală (Fig 1) este compusă dintr-o ţeava cu lungimea de un metru. Stratul cilindric de material studiat (nisip) are diametrele interior d1 şi diametrul exterior d2. În interiorul ţevii este instalat incălzitorul electric 2. Intensitatea curentului alternativ se reglează cu autotransformatorul 7, iar puterea se determină după indicaţiile ampermetrului si voltmetrului 8.

Pentru masurarea temperaturii pe suprafeţele interioară şi exterioară ale stratului cilindric 1 de material sunt instatlate termocupluri 4. Forţa electro-motoare a acestora se determină cu potenţiometrul 6.

Cîmpul unidimensional t=f(r) în stratul cilindric 1 se asigură în instalaţie prin alegerea lungimii a ţevii cu mult mai mare decât diametrul exterior d2. Capetele ţevii sunt termoizolate cu garniturile 3.

Consumatorul 5 şi vasul cu gheaţă pot să lipsească în dependenţă de construcţia potenţiametrului 6.

Încălzitorul electric are spiralele repartizate uniform în lungime, iar termocuplurile sunt instalate mai departe de capetele ţevii.

Valorile numerice ale mărimilor l, d1, d2 şi materialele din care sunt confecţionate termocuplurile sunt: l = 1,5 m; d1= 0,03 m; d2= 0,07 m.

Efectuarea măsurărilor:

Încălzitorul electric se introduce în circuit de către profesor. Dupa instalarea regimului staţionar(45 min), care poate fi identificat dupa valorile, constante în timp ale forţei electro - motoare, în tabelul №1 se în scriu indicaţiile aparatelor de măsurare.

Experienţele următoare se efectuează la alte temperaturi, regimul de temperatură se schimbă, variind cu ajutorul autotransformatorului intensitatea curentului în circuitul încălzitorului.

Date experementale şi de calcul

Tabelul №1

№ exp. Indicaţilile termocuplurilor interioare a F.E.M, mV Temperatura medie perete interior ts1,0c Indicaţilile termocuplurilor exterioare a F.E.M, mV Temperatura medie perete exterior ts1, 0c temperatura aer ambiant ta, 0c Tensiune U, V intensitate I, A Puterea λ, W/(m*k)

1 2 3 medie 4 5 6 medie

1 1,09 1,09 1.9 1,63 63,4 2,6 2,9 2,66 2,8 94 22 51 3,6 184,6 0,54

Formula de calcul

Coeficientul conductivităţii termice se va determina conform materialului studiat (nisipul), în forma de cilindru, conform formulei :

λ (1)

unde:

Q este fluxul termic al încalzitorului, în W;

d2-diametrul exterior al stratului cilindric, în m ;

d1-diametrul interior al stratului cilindric, în m ;

l- lungimea stratului cilindric, în m ;

ts1 ,ts2 –sunt temperaturile suprafeţelor interioară şi exterioară ale materialului.