GiG |
Baraniak Piotr |
Budownictwo III |
||||
Nr ćw.: 13 |
TEMAT: Oznaczenie współczynnika przewodzenia ciepła skał. |
|||||
Grupa 1 |
Rok akademicki 2004/2005 |
Data wykonania 06.01.2005 |
OCENA: |
Cel ćwiczenia:
Badanie obejmuje określenie współczynnika przewodzenia ciepła metodą stanów nieustalonych, przy ogrzewaniu dwu symetrycznie położonych próbek tej samej skały, stałym strumieniem ciepła wytwarzanym przez grzejnik.
Opracowanie wyników:
Do obliczenia poszczególnych czynników korzystamy z określonych wzorów.
Współczynnik przewodzenia ciepła λ badanej próbki obliczamy według wzoru:
gdzie:
- współczynnik przewodzenia ciepła,
q - strumień cieplny właściwy, [W/m2]
gdzie:
Q- ilość ciepła przechodzącego przez próbkę [J],
S- powierzchnia przekroju poprzecznego próbki [m2],
- czas przepływu ciepła [s]
grad T - gradient temperatury [K/m.],
gdzie:
T2- temp. powierzchni ogrzewanej [oC],
T1- temp. powierzchni nie ogrzewanej,
L- droga przepływu ciepła [m.],
Qg = Cg
gdzie:
Qq- ilość ciepła pochłoniętego w grzejniku [J],
Cg- pojemność cieplna grzejnika, Cg=92,215 [J/K]
-przyrost temperatury powierzchni ogrzewanej,
[oK]
Strumień cieplny właściwy nagrzewający próbkę oblicza się ze wzoru:
gdzie: q - strumień cieplny właściwy, W/m2
Qw - ilość ciepła wypromieniowana przez element grzejny, J
Qg - ilość ciepła pochłoniętego w grzejniku, J
τ - czas nagrzewania, s
P - moc grzejnika, W
S - powierzchnia przekroju poprzecznego próbki, m2.
Moc grzejnika wynosi:
gdzie: P - moc grzejnika, W
U - napięcie zasilania, V
J - natężenie zasilania, A.
Powierzchnia przepływu ciepła wynosi:
gdzie: S - powierzchnia przepływu ciepła, W
d - średnica próbki
Współczynnik przewodzenia temperatury określa się według następującego wzoru:
[m/s2]
gdzie:
Cv - pojemność cieplna objętościowa [J/m3K],
a - współczynnik przewodzenia temperatury.
Rodzaj skały |
Cegła klinkierowa |
|||||||||||
Wymiary próbki |
||||||||||||
Próbka |
Średnica d [m] |
Wysokość L [m] |
Powierzchnia S [m2] |
Objętość V [m3] |
||||||||
Dolna Górna Średnia |
0,0748 0,0747 0,07475 |
0,0194 0,0205 0,01995 |
0,0044 0,0044 0,0044 |
8,52
8,98
8,75 |
||||||||
Tp - temperatura początkowa, [°C] |
17 |
|||||||||||
U - napięcie zasilania, [V] |
35 |
|||||||||||
I - natężenie zasilania, [A] |
0,42 |
|||||||||||
P - moc grzejnika, [W] |
14,7 |
|||||||||||
Cg - pojemność cieplna grzejnika, [J/K] |
92,215 |
|||||||||||
Wskazania termopar R6, R1 i R2, R3 oraz średnie wartości temperatur powierzchni ogrzewanej T2 i nieogrzewanej T1 |
||||||||||||
Czas τ [s] |
R6
[°C] |
R1
[°C] |
R2
[°C] |
R3
[°C] |
T2
[°K] |
T1
[°K] |
||||||
0 90 180 270 360 450 540 630 720 810 900 990 1080 1170 1260 1350 1440 |
21 26 30 34 36 39 41 43 46 48 50 52 53 55 57 59 60 |
27 38 44 48 51 54 57 59 61 63 65 67 68 70 72 73 75 |
17 17 17 18 19 20 21 23 25 27 29 30 32 33 35 38 39 |
17 17 17 18 20 21 23 24 26 28 30 32 33 35 36 39 41 |
297,15 305,15 310,15 314,15 316,65 319,65 322,15 324,15 326,65 328,65 330,65 332,65 333,65 335,65 337,65 339,15 340,65 |
290,15 290,15 290,15 291,15 292,65 293,65 295,15 296,65 298,65 300,65 302,65 304,15 305,65 307,15 308,65 311,65 313,15 |
Współczynnik przewodzenia ciepła dla różnych wartości czasów nagrzewania. |
Czas τ, [s] |
||
|
τ 1 |
τ 2 |
τ 3 |
ΔT1 - różnica temperatur na powierzchni nieogrzewanej, K |
3,10 |
5,95 |
10,20 |
ΔT2 - różnica temperatur na powierzchni ogrzewanej, K |
20,75 |
26,25 |
31,20 |
Qg - ciepło pochłonięte przez grzejnik, J |
1913,46 |
2420,64 |
2527,35 |
q - strumień cieplny, W/m2 |
2252,30 |
2430,24 |
2527,35 |
λ - współczynnik przewodzenia ciepła |
1,823 |
1,776 |
1,801 |
λ - współczynnik przewodzenia ciepła dla danego rodzaju skały, W/m·K |
1,8 |
||
Cv - cieplna pojemność objętościowa, MJ/m3·K |
2689529 |
||
a - współczynnik przewodzenia temperatury, m2/s |
7,19 · 10-7 |
Wnioski:
Współczynnik przewodzenia ciepła λ zależy między innymi od: składu mineralnego,
kształtu, rozmiarów oraz przestrzennego rozkładu kryształów i ziaren mineralnych.
Współczynnik przewodzenia ciepła zależy także od uławicenia kryształów w skale i ich wielkości. Na współczynnik przewodzenia ciepła duży wpływ ma także zawartość porów w próbce, a także wypełnienie tych porów. Jeżeli w porach znajduje się powietrze lub jakiś inny gaz to współczynnik ten jest niski. Natomiast, jeżeli pustkę wypełnia woda lub jakaś inna ciecz, współczynnik znacznie rośnie.