Тәжірибелік қондырғыны құрылымы мен жұмыс істеу принципі. Монотондық қыздыру режиміндегі қатты дененің жылу өткізгіштігін өлшеу үшін қолданылатын қондырғы үш бөліктен тұрады: өлшеу блогы, ток көзі мен реттегіш және гальвонометр М-195.
Прибордың барлық жылу өлшейтін бөлігі өлшеу блогында орналасқан. Өлшеу блогының ең басты бөлігі өлшеу ұяшығы оның құрылымы корпустан , жылу өткізбейтін қабат және металл ядродан тұрады. Корпустың астыңғы бөлігі өлшеу блогының горизонталь бетіне көтеріліп – бұрылғыш штангалық механизіміне бекітілген. Ол механизмді көтеріп 90о-қа дейін бұруға болады.
Қыздыру блогы мен бақылау қалпағы , қуысты жүйе арқылы жабдықталған. Патрубка мен қуысты жүйе арқылы қондырғыдағы теріс температураларды алу үшін сұйық азот жіберіледі.
Термопара , пластина , контакталық байланыс пластинасы құрайтын жылу өлшеу блогы және үлгі мыс негізінде жасалған . Зерттелетін үлгі байланыс пластинасына қойылып, жоғары жағынан стерженьмен (10), пружинамен және қысқышпен бекітіледі.
Өлшеу блогының алдыңғы бетінде басқару тетігі, температураны реттегіштің бақылау лампасы, ал қондырғының артында сұйық азот ағып кететін түтікше орналасқан. Термопаралық ауыстырып - өлшеуіш «Измерение» төрт жағдайда ауыстырылып қосыла алады: tc, no, nt және УСТ. О. no және nt жағдайында М-194 гальвонометрдің көмегімен үлгідегі және жылу өлшегіштің жұмыс жасап жатқан қабатындағы температуралар айырымын (шкала бөлігімен). tc жағдайында стерженьнің температурасы өлшенеді, ал УСТ. О. жағдайында гальвонометрдің нольдік ауытқуы тексеріледі.
Дифференциалды термопаралардың көрсетуін өлшеу үшін және нольдік құрал ретінде М-194 гальвонометрі қолданылады.
Қоректену блогы мен реттегіш тетігі өлшеу ұяшығы ядросының шамамен 0.1к/с орташа жылдамдықпен қыздырылуын және температураның автоматты реттелуін қамтамасыз етеді. Қыздыру жылдамдығы қыздырғышқа берілген кернеудің бастапқы шамасына және өзгеруі оның жылдамдығына байланысты анықталады. Бұл екі шаманың мәні өлшеу барысында міндетті түрде ескеріледі. Бастапқы кернеудің мәніне қою үшін блоктың алдынғы бетінде орналасқан реттегіш тетікті өзіңе тартып тұрып бұрау керек.
Өлшеу ядросын сұйық азотпен суыту үшін сырты жылу өткізбейтін қабаттардан тұратын арнайы цилиндр пішінді ыдыс пайдаланылады. Өлшеу ұяшығының үстіне ыдыс орналастырылған кезде қондырғыдағы түтік ашылып сүйық азот оның ішіне құйылып, суыта бастайды.
Өлшеу құтысының қыздырылу температурасы 400оС-ға дейін болғандықтан тәжірибе соңында оның ішкі бөліктеріне тиісуге болмайды. Зерттелген үлгіні өлшеу ұяшығының барлық бөлшектері бөлме температурасына дейін суыған соң ғана ауыстыруға болады.
2
Полифазалық материалдардың жылуфизикалық қасиеттерін сипаттайтын коэффициенттердің эффективті мәндерін анықтаудың кейбір заманауилық арнайы әдістері.
Қорытынды.
Қатты денелерді жылулық өңдеуден өткізу барысында жүретін күрделі тасымалдау құбылыстары жылу мен масса алмасу теориясында қарастырылады. Бұл теория бойынша тасымалдау процестері аналитикалық және тәжірибелік тұрғыдан жан-жақты зерттеліп, біраз нәтижелер жинақталған.
Жалпы жағдайда бірі-бірімен тығыз байланыста жүретін тасымалдау процестері бір өлшемді есеп үшін мынадай белгілі дифференциалды теңдеулер жүйесімен сипатталады :
(1)
(2)
(3)
мұндағы, t-температура; -уақыт; аэф – эффективті температура өткізгіштік коэффициенті; х – координата; - салыстырмалы ұлғаю немесе кішірею; - масса тасымалдану үшін эффективті потенциал өткізгіштік; - эффективті кинематикалық тұтқырлық.
Бұл теңдеулердегі потенциал өткізгіштік коэффициенттерінің эффективті мәндері қарастырылып отырған тасымалдау процесіне қосарлана жүретін басқа да құбылыстардың әсерін термодинамикалық тұрғыдан ескереді.
Практикада бұл теңдеулер жүйесін аналитикалық тұрғыдан шешу көп жағдайда мүмкін бола бермейді. Сондықтан, бұндай күрделі құбылыстарды зерттеуде, сандық, графикалық және тәжірибелік әдістер кеңінен қолданылады.
Қатты денелерді (табиғи шикізаттарды, минералдарды) қыздыру барысында жүретін күрделі физикалық және химиялық түрленулерге байланысты байқалатын жылулық эффектілерді зерттеу тәсілдерінің ішіндегі тиімді әдістерінің біріне модельді үлгілердің дифференциалды қыздыру қисықтарын алу жатады (мысалы, үлгі бетіндегі және центрдегі температураларынан айырымы).
Аталған әдіс бойынша белгілі жолдармен дайындалған модельді үлгілердің қабаттарына орналастырылған термопаралар көмегімен температуралық өрістер (қыздыру қисықтары) жазып алынады.
Біріншіден осындай қыздыру қисықтарын эталон үшін алынған нәтижелерімен салыстыра отырып, белгілі температуралар аймағында байқалатын жылу эффектілерін анықтап, оны зерттеуге мүмкіндік туады.
Екіншіден, тәжірибе жүзінде алынған қыздыру қисықтарын (температуралық өрістерін) пайдалана отырып, материалдардың күйдіру барысындағы эффективті термиялық сипаттамаларын анықтауға болады.
Мысалы ол үшін эффективті козэффициенті бар жылу өткізгіштік теңдеуінің (1) сызықтық заңдылықпен қыздыру үшін алынған шешімнен туындайтын өрнекті пайдаланамыз:
(4)
мұндағы, в - қыздыру жылдамдығы; R – үлгінің негізгі өлшемі (пластина үшін қалыңдығының жартысы, цилиндр және шар үшін радиус); Г – тұрақты шама, цилиндр үшін Г=4, пластина үшін Г=2 шар үшін Г=6; tб, tuэ – үлгі бетінің және центрінің температуралары .
Материалдың эффективті меншікті жылу сыйымдылығын анықтау үшін төмендегідей теңдеу қолданылады:
(5)
мұндағы - жылу өткізгіштік коэффициенті; - үлгінің тығыздығы.
1 сурет. Бентонитті шикізаттан жасалған үлгінің дифференциалды және орташа температуралық қисықтары. 1- үлгіні күйдіру барысында алынған дифференциалды қисық; 2- эталон үшін алынған дифференциалды қисық; 3- үлгінің қыздыру кезіндегі орташа температурасы; 4- эталонның орташа температурасы; 5- пеш камерасындағы температуралық қисықтар;
Бұдан үлгіні күйдіру барысында алынған дифференциалды қисықтың (1-ші қисық) экстремальді жағдайда өзгеретіндігін байқаймыз. Ал эталон үшін алынған дәл осындай дифференциалды қисықтың (2-ші қисық) бірыңғай өзгеретіндігін көреміз. Бұл эталон үлгінің бойында жылу алмасу процесстерімен қосарлана жүретін фазалық түрленулердің жүрмейтіндігін, яғни олардың алғашқы қыздыру кезінде өтіп бітетіндігін және қайталанбайтындығын көрсетеді.
Жоғарыдағы суретте мынадай теңдеумен анықталған:
(6)
үлгінің (3-ші қисық), эталонның қыздыру кезіндегі (4-ші қисық) орташа температуралары және пеш камерасындағы температуралық қисықтар (5-ші қисық) келтірілген. Үлгінің дифференциалды қисығынан әртүрлі температуралар аймағында байқалатын табиғаты әртүрлі үш эндотермиялық эффект үлгінің орташа температурасына қатысты талданды. График бойынша бұл эффектілердің температуралар аймақтарын пеш ортасына қатысты да анықтауға болады. 1200-4500 С температуралар аймағында байқалатын бірінші эндотермиялық эффект монтмориллонитті лай минералынан жазық аралық судың бөлініп шығуымен түсіндіріледі.
Екінші эндотермиялық эффект (5700 - 7500 С) лай минералдарының дегидратациялануымен, яғни кристалдық байланыстағы судың ыдырап ұшып шығуына қатысты байқалды.
Ал үшінші эндотермиялық эффект (7750 - 8500 С) карбонаттардың (CaCO3) ыдырауымен түсіндіріледі.
Осындай тәжірибелік жолмен алынған нәтижелерді пайдалана отырып (4) және (5) теңдеулерінің көмегімен есептелген үлгі мен эталонның эффективті термиялық сипаттамаларының температураға тәуелді өзгерістері 2- суретте көрсетілген. Үлгі үшін алынған қисықтардан (1, 2-ші қисықтар) фазалық және химиялық түрленулер жүретін температуралар аймағында эффективті термиялық коэффициенттер мәндерінің айтарлықтай аралықтарда өзгеретіндіктерін байқаймыз.
Бұл құбылысты былайша түсіндіруге болады. Осы температуралар аймағында үлгіні қыздыруға берілетін жылудың негізгі бөлігі фазалық, химиялық түрленулерге және диссипативтік жұмысқа жұмсалады.
Осыған байланысты бұл аймақтарда температура өткізгіштік коэффициентінің едәуір кемігендігі, (1-ші қисық) ал эффективті жылу сыйымдылығының керісінше артқандығы анықталды (2-ші қисық). Бұл жағдайда материалдың эффективті жылу сыйымдылығы фазалық, химиялық түрленулердің термодинамикалық қырын сипаттайды. Эталонның термиялық сипаттамалары (3, 4-ші қисықтар) қыздыру барысында өте аз шамаға өзгереді Бұл күйдірілген үлгінің бойында жоғарыда аталған фазалық және химиялық түрленулердің қайталанып өтпейтіндігін көрсетеді.
Қорыта айтқанда, ұсынылған ғылыми-тәжірибелік жұмыстарды орындау барысында стдуденттер шеберлік пен бейімділікке үйреніп, жылу мен масса алмасу прцесстерінің кейбір теориялық мәселелерінен хабардар болады және тәжірибелік-зерттеу жұмыстарынан алынған нәтижелердің ғылыми және қолданбалы маңызы бар екеніне көз жеткізеді.
