 |
|
Анализ полученных результатов
Сделать вывод о характере изменения температуры заготовки в центре и на поверхности, а также коэффициента теплопередачи во времени в процессе нагрева заготовки.
Оформление лабораторной работы
Оформление лабораторной работы произвести в соответствии с общепринятыми положениями на кафедре и указаниями преподавателя.
Контрольные вопросы
1. Виды теплопередачи в рабочей камере?
2. Что характеризует критерий БИО?
3. Что такое коэффициент теплопередачи?
4. Как осуществляется замер температуры заготовки?
5. Объяснить характер кривых на графике изменения температуры заготовки, а также изменения коэффициента a во времени.
Библиографический список
1. Косенков М.А. Нагревательные устройства кузнечного производства. – М.: Машгиз, 1962. – 472 с.
2. Ковка и штамповка. Справочник: в 4 т./ Под ред. Е.И. Семенова. – М.: Машиностроение, 1989. – Т.1 – 567 с.; 1986. – Т.2. – 592 с.
3. Расчет и выбор пламенных печей для нагрева заготовок под объемную штамповку: Метод. Указания по выполнению курсового и дипломного проектирования (для студентов очного, заочного и вечернего обучения)/ Составил И.А. Гусев; ТулГТУ, Тула 1993. – 60 с.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЕСТЕСТВЕННОЙ
И ВЫНУЖДЕННОЙ КОНВЕКЦИИ ВОЗДУХА
НА ОХЛАЖДЕНИЕ НАГРЕТЫХ ЗАГОТОВОК
Цель и задачи работы
Экспериментальное изучение процесса охлаждения заготовки путем наблюдения за изменением ее температуры при естественной (свободной) и искусственной (вынужденной) конвекции. Определение коэффициента теплопередачи.
Основы теории
Охлаждение металлической заготовки происходит вследствие передачи тепла от поверхности заготовки в окружающую среду за счет конвекции и лучеиспускания.
Сущность передачи тепла конвекцией (соприкосновением) заключается в том, что молекулы движущейся среды (жидкости, газа), соприкасаясь с телом, отдают его поверхности тепло, или, наоборот, отнимают тепло от поверхности, в зависимости от того, где выше температура – тела или жидкости (газа).
От причины, вызывающей движение среды, различают естественную (свободную) и искусственную (вынужденную) конвекции.
При естественной (свободной) конвекции теплопередача происходит в среде, движение которой возникло в результате изменения плотности в различных ее частях, например, естественное охлаждение внешней поверхности стенок печей в среде окружающего воздуха.
Вынужденная (искусственная) конвекция – это движение воздуха от внешних причин (например, вентилятор). При вынужденной конвекции теплоотдача происходит интенсивнее, так как с повышением скорости среды большее количество частиц среды приходит в соприкосновение с телом в единицу времени, движение переходит от ламинарного в турбулентное. При этом потоки среды, движущиеся не параллельно поверхности тела, а под углом, энергично его омывают и передача (отбор) тепла конвекцией будет тем больше, чем больше этот угол.
Тепловой поток при теплопередаче конвекцией считают пропорциональным разности температур поверхностей тела и окружающей среды.
Излучение или лучеиспускание – этот вид теплопередачи связан с распространением в пространстве электромагнитных волн. На поверхности излучаемого тела тепловая энергия преобразуется в электромагнитные колебания, которые, попадая на поверхность какого-либо тела, опять превращаются в тепловую энергию.
Интенсивность лучеиспускания определяется температурой тела. Таким образом, тепло, отдаваемое излучением и конвекцией, поверхностью тела за время 
, определяется по формуле:
, (1)
где 
– приведенный коэффициент излучения; 
и 
– температура поверхности твердого тела в 
и 
соответственно; 
– коэффициент теплоотдачи конвекцией; 
– площадь поверхности тела; - продолжительность теплоотдачи.
Первое слагаемое представляет тепло, отдаваемое поверхностью тела лучеиспусканием, а второе – тепло, отдаваемое конвекцией.
Эту формулу можно представить в другом виде:
, (2)
где
.
Общее количество теплоты, отданное заготовкой при ее охлаждении, можно определить:
, (3)
где 
– масса заготовки, 
; 
и 
– средние теплоемкости металла заготовки в начале и конце интервала нагрева, 
; 
и 
– температура заготовки в начале и конце охлаждения.
Средний коэффициент теплопередачи за каждый пятиминутный опыт и за все время охлаждения может быть определен по формуле
, (4)
где 
- средняя температура поверхности заготовки за каждый опыт или за все время охлаждения, 
; 
- температура окружающего воздуха, ; F – площадь поверхности заготовки, 
; 
- время теплопередачи, 
.
Расчетное значение температуры заготовки в конце охлаждения можно определить по формуле аналитической зависимости
, (5)
где 
- температура поверхности заготовки в начале охлаждения, ; 
– температура среды, ; 
– коэффициент, определяемый по графику Д.В. Будрина (рисунок);
,
где 
- средний коэффициент теплопередачи за все время охлаждения, ; – масса заготовки, ; 
– средний коэффициент теплоемкости в рассматриваемом интервале температур; – площадь поверхности заготовки, ; - время охлаждения, .
Лабораторная установка состоит из электровентилятора АОН-21/4, муфельной электрической печи сопротивления МП-2У, питающего и электроизмерительного щитов, на которых размещены клеммы для постоянного подключения печи, пакетный выключатель, вольтметр и амперметр, клеммы для подключения термопар, электронный регулятор и переключатель термопар. Щит выключается специальным рубильником с тепловым реле.