CC BY
15
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 110 1902
РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ СУХОГО СЫПУЧЕГО ЗЕРНИСТОГО МАТЕРИАЛА
(Экспериментальная проверка)
А. С. ЛЯЛИКОВ (Представлено проф. докт. техн. наук Г. И. Фуксом)
В работе [1] предложено соотношение для расчета коэффициента теплопроводности сухого сыпучего зернистого материала, имеющее вид
6(1—гп% к
1 1 - -___-1
к 1+^-*
О)
В настоящей работе изложены результаты экспериментов, проведенных с целью проверки согласования расчетов по (1) с опытом.
Коэффициент теплопроводности >. образцов зернистого материала определялся косвенным путем
Х = (2)
Коэффициент температуропроводности и и объемный вес 7 находились из опыта, теплоемкость с одинакова в монолитном и дробленом состоянии вещества, принималась по литературным данным.
Для определения коэффициента а был сконструирован и изготовлен акалориметр одномерного теплового потока, представляющий из себя сосуд Дыоара с размещенными в нем термопарами по оси сосуда. Теоретическую основу прибора составляет решение задачи об охлаждении равномерно нагретого полуограниченного стержни в среде с постоянной температурой. Расчетами установлено, что в применявшемся акалориметре условия изолированности боковых поверхностей и бесконечной длины, составляющие теоретическую основу прибора, выполняются надежно, а погрешность определения коэффициента а не превышает 6,6%-
По общей схеме экспериментальной установки (рис. 1) можно представить ее элементы.
На рис. 1 цифрами обозначены: 1 акалориметр одномерного теплового потока, 2 — термостат-холодильник, 3 -- зеркальный гальванометр ГЭС-47, 4—отсчетное приспособление гальванометра, 5--магазин сопротивлений, 6—лабораторный автотрансформатор, 7—-сушильный шкаф, 8—секундомер или часы с секундной стрелкой.
Охлаждение акалориметра велось при малых градиентах температур. Диаметр зерен испытываемых материалов был менее 5,6 мм. Все это позволяет считать, что конвекция и лучеиспускание были настолько малы, что ими можно пренебречь.
Испытывались зернистые материалы в виде стальных, свинцовых, медных и алюминиевых шариков, так как шаровая форма зерна была принята при теоретическом расчете а-. Всего испытано 10 образцов, причем каждый образец испытывался 3 раза, реже 2 или 4 раза.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки.
Величины а для материалов с шаровыми зернами, определенные по (2) на основе опытных значений а и 7, приведены в табл. 1. Здесь же даны значения л, вычисленные по (1), и соотношения pac-
Таблица 1
.Материал .черен ■ i Средний размер зерен d, мм SL О (ч,' о ь о О чо f- <=ч о cL* С С Je < W <! ч* ГЗ Си Г t-pa г ч !'ОП.
Сталь подшипник, 1 -¡.и — 7900 ' 5.60 4723 40.22 0 -419 0.483 1.15
} í 3.30 4697 | 40.55 Í) .4Í6 0.4 КО 1.08
Спинец f.ií - 11400 j 4.27 6187 45.73 0 .473 0.437 0.92?
" " ; 3.77 6300 41.74 0 .440 0.444 1.01
зло 6569 : 42.38 0 .462 0.465 1.01
1.67 6620 i 41.93 0 . 470 0.457 0.97
Алюминии Y.Tf 2670 j 4.80 1615 : 39.15 0 .484 0.602 1.25
»» 2.71 ; 1571 | 41.01 0.420 0.577 1.37
* * 2 3 ' 1575 ! 41.01 0 .417 0.577 | 1.38
Медь ; 7.,, - 8800 4.70 ¡ i i 5200 ' 40.91 0 : .520 ! i 0.615 : 1 .18
L
четных и опытных значений -
paru.
Значения теплоемкостей и коэф
фициентов теплопроводности материала зерен и воздуха приняты по данным М. А. Михеева [2]. Термическое сопротивление на поверхности раздела твердого тела и газа, учитываемое в (1) величиной о0, для воздуха при атмосферном давлении найдено по формуле
йм - С ■ Ю-7 м.
Р
Если по данным Смолуховского, Герке и Лазарева, в качестве среднего значения коэффициента С принять неличину С — 1,6Г> м.ата, то получим й0г=о,65- 10~7 м.
Рассмотрение таблицы показывает:
а) Опытные величины X для слоя зерен шаровой формы независимо от км вещества зерен группируются в относительно узком интервале значений от X —0,417 до X -- 0,520 ккал\ жяас° С.
о) Расчетные значения X имеют тот же порядок, что и
в) Отношение
4расч.
-on.
характеризующее сходимость 1,08 - 1,15
для стали
1\Л я
опытные, расчетов свинца —
КЩ^г
8.0
6.0
5:0
Wedb
с экспериментом, составляет: 0,923-—1,01, алюминия—1,25— 1,38, меди—1,18. *
На рис. 2 дано графическое сопоставление расчетов по (1) с результатами поставленных опытов. Здесь же нанесены коэффициенты теплопроводности стали, свинца и кварца, полученные другими исследователями |3, 4, 5, 6].
Данные Смолуховского, помеченные на рис. 2 звездочкой.
Данные наших опытов и результаты экспериментов других исследователей, нанесенные на фиг. 2, показывают, что:
а) в опыте наблюдается тот же характер зависимости X от
что и в расчете по (1); имеющийся разброс 1ючек объяснен некоторой неоднородностью состояния поверхностей зерен образцов наличием пленок окислов: и накатов, которые отмечены по фотографиям с увеличением;
б) наши опытные данные по теплопроводности стали и свинца совпадают с данными Клинга, методика опытов которого не вызывает сомнений, и имеют некоторое расхождение с результатами Шуманна и Фосса, методика которых недостаточно надежна;
в) в области малых размеров характерным является удовлетворительное согласование расчетов по (1) с опытами Смолуховского для порошкообразного железа.
_расчета m (i)
о / - сталЬ ( Шушнн и сбосс ) к г - сИанщ ( „ ;
о 3- cmanb (iïjJUHg) i_-J - сталЬ (ГЛуллокандо8) ¡¡-и - нбарц ( hpumep) . к о 5 - порошкообразное экевеэь ( CsnojiyxoSckuu)*
a ¡*>x>j
4.0
5,0
Рис. 2. Сопоставление расчетов но формуле (1) с данными опытов.
Таким образом, имеется основание заключить, что предлагаемый метод расчета позволяет достаточно надежно определять порядок величины теплопроводности зернистого материала с зернами округлой формы, и поэтому он может быть рекомендован для практических расчетов.
ЛИТЕРАТУРА
3. Л яликов А. С. Расчет коэффициента теплопроводности сухого сыпучего зернистого материала [метод расчет*], в настоящем сборнике.
!?. Михеев М. А. Основы теплопередачи. Госэнергоиздат, М.-Л., 1949.
3. Schumann T.E.W, and Voss V., Heat Flow through gninuhted Maieriai. Fuel in Science and Practice, Vol. XIII, Ks 8, 1934.
4. Kling G. Forschung auf Gebiete des Ingenieurwesens, Bd. 9, № ). 1938.
5. Мул л ока нд ob Г. H.t Контактная теплопроводность слои сферически.-» ч -стиц. Ж.Т.Ф., т. XVII, вып. 10, 1947.
6. Krlscher О. Einfluss der Feuchtigkeit, Koernung und Teniperature aus du Warmeleitsfahigkelt kornigen Korper. Beichef te zum Gesundheit* Ingenieur, 11 33 R. I. 1934.
