Wydział Górnictwa i Geoinżynierii		Swędrowska Dominika			Budownictwo III
Nr ćw.: 13	TEMAT: Oznaczenie współczynnika przewodzenia ciepła skał.
Grupa 2/2			Rok akademicki 2002/2003	Data wykonania 30.10.2002		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.],

Q_g = C_g

gdzie:

Q_q- ilość ciepła pochłoniętego w grzejniku [J],

C_g- pojemność cieplna grzejnika, C_g=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

Q_w - ilość ciepła wypromieniowana przez element grzejny, J

Q_g - 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:

C_v - pojemność cieplna objętościowa [J/m³K],

a - współczynnik przewodzenia temperatury.

Rodzaj skały

Cegła klinkierowa

Wymiary próbki

Próbka

Średnica d [m]

Wysokość L [m]

Powierzchnia S [m^2]

Objętość V [m^3]

Dolna Górna Średnia

0,0748 0,0747 0,07475

0,0194 0,0205 0,01995

0,0044 0,0044 0,0044

8,52 10^-5 8,98 10^-5 8,75 10^-5

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/m^2	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/m^3·K	2689529
a - współczynnik przewodzenia temperatury, m^2/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, a ponieważ piasek jest kryształem o jednakowych wymiarach poprzecznych i podłużnych, w piaskowcu współczynnik λ będzie jednakowy we wszystkich badanych kierunkach. W ćwiczeniu współczynnik przewodzenia ciepła w określonych przedziałach czasu jest zbliżony do siebie. Oznacza to, że skała nie posiadała żadnych szczelin wewnętrznych , które znacznie zwiększyłyby λ (powietrze lub inny wypełniacz szczelin i porów zwiększa przewodność cielną).

---