Файл: Лабораторная работа 1 3 Лабораторная работа 2 5 Лабораторная работа 3 10 Лабораторная работа 4 15 Лабораторная работа 5 20.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 128
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
,
учитывает кроме трения о стенки также сужение среды на выходе из сопла. Значения φси μс определяются экспериментально.
Описание экспериментальной установки:
Лабораторная установка состоит из трубы, в которую вмонтированы суживающееся сопло, мерная шайба, датчики давления; шаровой кран для установления перепада давления и вытяжной вентилятор. Перепад давления фиксируется на мерной шайбе, на сопле и на сечении сопла. Значения давлений показывают цифровые вольтметры DP-6.
Порядок проведения эксперимента:
По указанию преподавателя сначала установить ручку автотрансформатора «Регулятор напряжения» в положение 220В, установить ручку галетного переключателя «Выбор установки» в положение «ММТД 005», затем включить питание стенда. После чего включится
соответствующая экспериментальная установка, что просигнализирует горящий светодиод над установкой.
Установить перепад давления на сопле ΔН... Па, вращая ручку шарового крана. Записать показания остальных датчиков давления Δр2,
Повторить опыт, изменяя значение перепада давления на сопле. Полученные данные внести в табл. 1.
Табл.1.
Обработка результатов измерений:
Определяется абсолютное давление перед соплом р, Па, в выходном сечении сопла (на срезе) р1, Па и за соплом р2, Па.
Давление перед соплом равно атмосферному давлению, р = 105 , Па.
р2 = р- Δр1, Па,
р2 = р - Δр2, Па
Рассчитывается отношение давлений:
Определяется действительный массовый расход воздуха:
где ρш =
, кг/м3 - плотность воздуха перед мерной шайбой,
Fш=7,8 • 10-5 м2 - площадь поперечного сечения мерной шайбы,
μш= 0,95 - коэффициент расхода мерной шайбы.
Определяется теоретический массовый расход воздуха:
при β > βk
к
приβ <βk
Вычисляется коэффициент расхода сопла:
Определяется в выходном сечении сопла действительная скорость
,
где, T2 определяется из уравнения:
к
Вычисляется теоретическая скорость истечения:
при β > βk
приβ <βk
Строятся графики зависимостейWg= f(β) иGg= f(β), а также
f(β), по которым находится критическое отношение давлений βк по отрывным данным. Найденное значение βк сравнивается с расчетным (*).
Лабораторная работа №6
Определение коэффициента излучения электропроводящих материалов калориметрическим методом ММТП 011
Цель работы: Экспериментально определить степень черноты и коэффициент излучения для стальной поверхности электрического нагревателя, помещенного внутри цилиндрической стальной трубы.
Краткие теоретические сведения:
Тепловое излучение (или радиационный теплообмен) - это процесс распространения теплоты с помощью электромагнитных волн. Теплообмен излучением состоит из испускания энергии излучения телом, распространения ее в пространстве между телами и поглощения ее другими телами. В процессе испускания внутренняя энергия излучающего тела превращается в энергию электромагнитных волн. Тела, расположенные на пути распространения энергии излучения, поглощают часть падающих на них электромагнитных волн, и таким образом энергия излучения превращается во внутреннюю энергию поглощающего тела.
Лучистая энергия переносится электромагнитными волнами. Возникновение лучистой энергии происходит в результате сложных, внутримолекулярных возмущений. Лучистый теплообмен связан с двойным превращением энергии: на поверхности тела-излучателя теплота трансформируется в энергию электромагнитных колебаний, которая распространяется в лучепрозрачной среде (или в вакууме) и при поглощении ее каким-либо другим телом вновь превращается в теплоту. Всякое тело, имеющее температуру, отличную от абсолютного нуля, способно излучать лучистую энергию, т.е. наряду с потоком лучистой энергии от более нагретых тел к менее нагретым всегда имеется и обратный поток от менее нагретых тел к более нагретым. Конечный результат такого обмена и представляет собой количество переданной излучением теплоты.
Большинство твердых и жидких тел имеют сплошной спектр излучения, т.е. излучают энергию всех длин волн от 0 до ∞. Однако способностью трансформироваться в теплоту обладают лишь волны светового и инфракрасного диапазона с длиной волны от 0,4 до 40 мкм (световой диапазон 0,4-0,8 мкм, инфракрасный диапазон 0,8-800 мкм).
Излучение всех тел зависит от температуры. Зависимость интенсивности и передачи теплоты от температуры при излучении значительно больше, чем при теплопроводности и конвекции. Поэтому при относительно низких температурах главную роль играет конвективный теплообмен, а при высоких - теплообмен излучением.
Полным (интегральным) лучистым потокомQ,Bm, называется полное количество энергий, излучаемое поверхностьюF в единицу времени во всем интервале длин волн спектра по всем направлениям полусферического пространства. Излучение, соответствующее узкому интервалу длин волн, называется монохроматическим.
Поверхностной плотностью излучения или излучательной способностью тела Е Вт/м, называется количество энергии, излучаемое единицей поверхности тела в единицу времени:
Е = dQ/dF.
Интенсивность излучения I, Вт/м3 , представляет собой излучательную способность тела в интервале длин волн от λ до λ +Δλ, отнесенную к величине этого интервала dλ, т.е:
I= dE/dλ.
Пусть на какое-то тело падает интегральный лучистый поток. В общем случае часть этого потокаQA будет поглощаться телом, частьQr - отражаться и частьQd проходить сквозь тело:
Q = Qa + Qr+Qd.
Разделив последнее выражение наQ и обозначивQ_A/Q= A,Q_R/Q= R, Qd/Q=D, запишем:
A + D + R = 1
где A - коэффициент поглощения или поглощательная способность тела;
R- коэффициент отражения;
D - коэффициент пропускания.
Эти коэффициенты могут для различных тел меняться от 0 до 1.
Если А =1(R=D=0), то вся падающая лучистая энергия поглощается телом и оно называется абсолютно черным.
ЕслиR =1(A=D=0), то тело отражает всю лучистую энергию. Если при этом отражение происходит по законам геометрической оптики, то такое тело называют зеркальным, если же отражение рассеянное (диффузное) - абсолютно белым.
ЕслиD=1(A=R=0), т.е. тело пропускает всю лучистую энергию, оно называется абсолютно прозрачным или диатермичным.
Большинство твердых и жидких тел для тепловых лучей практически непрозрачны (атермичны), т.е. у них D=0 тогда:
А + R = 1.
Как известно из оптики, излучательная и поглощательная способность тела в световой части спектра определяется главным образом цветом его поверхности. Для поглощения и отражения тепловых (инфракрасных) лучей основное значение имеет не цвет, а шероховатость поверхности. Чем больше шероховатость, тем больше энергии тело поглощает и излучает в инфракрасной части спектра. Поэтому, если необходимо какое-либо тело защитить от воздействия излучения, его поверхность выполняют не только белой, но и предельно гладкой.
Согласно закону Стефана-Больцмана излучательная способность абсолютно черного тела прямо пропорциональна абсолютной температуре в четвертой степени:
Е0 = σ0 T4
где σ0=5,67*10'-8 Вт/м2 К4 - константа излучения абсолютно черного тела.
Для практических расчетов используют уравнение:
Е0 = С0(T/100)4
где С0=5,67 Вт/м2К4 - коэффициент излучения абсолютно черного тела.
Абсолютно черных тел в природе не существует. Реальные тела не поглощают всей падающей на них лучистой энергии и имеют А < 1.
Тела, у которых коэффициент поглощения не зависит от длины волны и лежит в пределах 0 < А < 1, называют серыми телами. Большинство твердых тел и капельных жидкостей являются серыми телами.
Закон Стефана-Больцмана применим и к серым телам. В этом случае он принимает вид:
где С, Вт/м2К4 - коэффициент излучения серого тела.
Коэффициент излучения серого тела изменяется в пределах С=0 ÷ 5,67. Отношениеε=E/E0=C/C0- степень черноты серого тела. Степенью черноты ε называется отношение излучательной способности серого тела к излучательной способности абсолютно черного тела при той же температуре.
Степень черноты изменяется в пределах ε = 0 ÷ 1 и зависит от температуры.
Тогда для серых тел можно записать:
В лабораторной работе нужно определить степень черноты и коэффициент излучения для стальной поверхности электрического нагревателя, помещенного внутри цилиндрической стальной трубы. Для
определения данных величин воспользуемся методом, который получил название - калориметрический метод определение коэффициента излучения твердого тела.
Исследуемое тело в форме цилиндра, внутри которого расположен электрический нагреватель, помещается в цилиндр большего диаметра. Через образовавшуюся воздушную прослойку тепло будет передаваться от внутреннего цилиндра к наружному посредством излучения, теплопроводности и конвекции:
учитывает кроме трения о стенки также сужение среды на выходе из сопла. Значения φси μс определяются экспериментально.
Описание экспериментальной установки:
Лабораторная установка состоит из трубы, в которую вмонтированы суживающееся сопло, мерная шайба, датчики давления; шаровой кран для установления перепада давления и вытяжной вентилятор. Перепад давления фиксируется на мерной шайбе, на сопле и на сечении сопла. Значения давлений показывают цифровые вольтметры DP-6.
Порядок проведения эксперимента:
По указанию преподавателя сначала установить ручку автотрансформатора «Регулятор напряжения» в положение 220В, установить ручку галетного переключателя «Выбор установки» в положение «ММТД 005», затем включить питание стенда. После чего включится
соответствующая экспериментальная установка, что просигнализирует горящий светодиод над установкой.
Установить перепад давления на сопле ΔН... Па, вращая ручку шарового крана. Записать показания остальных датчиков давления Δр2,
Повторить опыт, изменяя значение перепада давления на сопле. Полученные данные внести в табл. 1.
Табл.1.
| № режима | ΔН, Па | Δр1, Па | Δр2, Па |
| 1 | 0,1 | | |
| 2 … | 0,2 … | | |
| 9 | 0,9 | | |
Обработка результатов измерений:
Определяется абсолютное давление перед соплом р, Па, в выходном сечении сопла (на срезе) р1, Па и за соплом р2, Па.
Давление перед соплом равно атмосферному давлению, р = 105 , Па.
р2 = р- Δр1, Па,
р2 = р - Δр2, Па
Рассчитывается отношение давлений:
Определяется действительный массовый расход воздуха:
где ρш =
, кг/м3 - плотность воздуха перед мерной шайбой,Fш=7,8 • 10-5 м2 - площадь поперечного сечения мерной шайбы,
μш= 0,95 - коэффициент расхода мерной шайбы.
Определяется теоретический массовый расход воздуха:
при β > βk
кприβ <βk
Вычисляется коэффициент расхода сопла:
Определяется в выходном сечении сопла действительная скорость
, где, T2 определяется из уравнения:
кВычисляется теоретическая скорость истечения:
при β > βk
приβ <βk
Строятся графики зависимостейWg= f(β) иGg= f(β), а также
f(β), по которым находится критическое отношение давлений βк по отрывным данным. Найденное значение βк сравнивается с расчетным (*).Лабораторная работа №6
Определение коэффициента излучения электропроводящих материалов калориметрическим методом ММТП 011
Цель работы: Экспериментально определить степень черноты и коэффициент излучения для стальной поверхности электрического нагревателя, помещенного внутри цилиндрической стальной трубы.
Краткие теоретические сведения:
Тепловое излучение (или радиационный теплообмен) - это процесс распространения теплоты с помощью электромагнитных волн. Теплообмен излучением состоит из испускания энергии излучения телом, распространения ее в пространстве между телами и поглощения ее другими телами. В процессе испускания внутренняя энергия излучающего тела превращается в энергию электромагнитных волн. Тела, расположенные на пути распространения энергии излучения, поглощают часть падающих на них электромагнитных волн, и таким образом энергия излучения превращается во внутреннюю энергию поглощающего тела.
Лучистая энергия переносится электромагнитными волнами. Возникновение лучистой энергии происходит в результате сложных, внутримолекулярных возмущений. Лучистый теплообмен связан с двойным превращением энергии: на поверхности тела-излучателя теплота трансформируется в энергию электромагнитных колебаний, которая распространяется в лучепрозрачной среде (или в вакууме) и при поглощении ее каким-либо другим телом вновь превращается в теплоту. Всякое тело, имеющее температуру, отличную от абсолютного нуля, способно излучать лучистую энергию, т.е. наряду с потоком лучистой энергии от более нагретых тел к менее нагретым всегда имеется и обратный поток от менее нагретых тел к более нагретым. Конечный результат такого обмена и представляет собой количество переданной излучением теплоты.
Большинство твердых и жидких тел имеют сплошной спектр излучения, т.е. излучают энергию всех длин волн от 0 до ∞. Однако способностью трансформироваться в теплоту обладают лишь волны светового и инфракрасного диапазона с длиной волны от 0,4 до 40 мкм (световой диапазон 0,4-0,8 мкм, инфракрасный диапазон 0,8-800 мкм).
Излучение всех тел зависит от температуры. Зависимость интенсивности и передачи теплоты от температуры при излучении значительно больше, чем при теплопроводности и конвекции. Поэтому при относительно низких температурах главную роль играет конвективный теплообмен, а при высоких - теплообмен излучением.
Полным (интегральным) лучистым потокомQ,Bm, называется полное количество энергий, излучаемое поверхностьюF в единицу времени во всем интервале длин волн спектра по всем направлениям полусферического пространства. Излучение, соответствующее узкому интервалу длин волн, называется монохроматическим.
Поверхностной плотностью излучения или излучательной способностью тела Е Вт/м, называется количество энергии, излучаемое единицей поверхности тела в единицу времени:
Е = dQ/dF.
Интенсивность излучения I, Вт/м3 , представляет собой излучательную способность тела в интервале длин волн от λ до λ +Δλ, отнесенную к величине этого интервала dλ, т.е:
I= dE/dλ.
Пусть на какое-то тело падает интегральный лучистый поток. В общем случае часть этого потокаQA будет поглощаться телом, частьQr - отражаться и частьQd проходить сквозь тело:
Q = Qa + Qr+Qd.
Разделив последнее выражение наQ и обозначивQ_A/Q= A,Q_R/Q= R, Qd/Q=D, запишем:
A + D + R = 1
где A - коэффициент поглощения или поглощательная способность тела;
R- коэффициент отражения;
D - коэффициент пропускания.
Эти коэффициенты могут для различных тел меняться от 0 до 1.
Если А =1(R=D=0), то вся падающая лучистая энергия поглощается телом и оно называется абсолютно черным.
ЕслиR =1(A=D=0), то тело отражает всю лучистую энергию. Если при этом отражение происходит по законам геометрической оптики, то такое тело называют зеркальным, если же отражение рассеянное (диффузное) - абсолютно белым.
ЕслиD=1(A=R=0), т.е. тело пропускает всю лучистую энергию, оно называется абсолютно прозрачным или диатермичным.
Большинство твердых и жидких тел для тепловых лучей практически непрозрачны (атермичны), т.е. у них D=0 тогда:
А + R = 1.
Как известно из оптики, излучательная и поглощательная способность тела в световой части спектра определяется главным образом цветом его поверхности. Для поглощения и отражения тепловых (инфракрасных) лучей основное значение имеет не цвет, а шероховатость поверхности. Чем больше шероховатость, тем больше энергии тело поглощает и излучает в инфракрасной части спектра. Поэтому, если необходимо какое-либо тело защитить от воздействия излучения, его поверхность выполняют не только белой, но и предельно гладкой.
Согласно закону Стефана-Больцмана излучательная способность абсолютно черного тела прямо пропорциональна абсолютной температуре в четвертой степени:
Е0 = σ0 T4
где σ0=5,67*10'-8 Вт/м2 К4 - константа излучения абсолютно черного тела.
Для практических расчетов используют уравнение:
Е0 = С0(T/100)4
где С0=5,67 Вт/м2К4 - коэффициент излучения абсолютно черного тела.
Абсолютно черных тел в природе не существует. Реальные тела не поглощают всей падающей на них лучистой энергии и имеют А < 1.
Тела, у которых коэффициент поглощения не зависит от длины волны и лежит в пределах 0 < А < 1, называют серыми телами. Большинство твердых тел и капельных жидкостей являются серыми телами.
Закон Стефана-Больцмана применим и к серым телам. В этом случае он принимает вид:
где С, Вт/м2К4 - коэффициент излучения серого тела.
Коэффициент излучения серого тела изменяется в пределах С=0 ÷ 5,67. Отношениеε=E/E0=C/C0- степень черноты серого тела. Степенью черноты ε называется отношение излучательной способности серого тела к излучательной способности абсолютно черного тела при той же температуре.
Степень черноты изменяется в пределах ε = 0 ÷ 1 и зависит от температуры.
Тогда для серых тел можно записать:
В лабораторной работе нужно определить степень черноты и коэффициент излучения для стальной поверхности электрического нагревателя, помещенного внутри цилиндрической стальной трубы. Для
определения данных величин воспользуемся методом, который получил название - калориметрический метод определение коэффициента излучения твердого тела.
Исследуемое тело в форме цилиндра, внутри которого расположен электрический нагреватель, помещается в цилиндр большего диаметра. Через образовавшуюся воздушную прослойку тепло будет передаваться от внутреннего цилиндра к наружному посредством излучения, теплопроводности и конвекции: