ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ ПРИ ЗМУШЕНОМУ РУСІ ПОВІТРЯ В ТРУБІ

1 МЕТА РОБОТИ

Поглиблення знань по теорії конвективної тепловіддачі при змушеному русі, ознайомлення з методикою експериментального дослідження процесу й одержання навичок у проведенні експерименту.

2 ЗАВДАННЯ

Необхідно:

− визначити досвідченим шляхом коефіцієнт тепловіддачі при змушеному русі повітря в трубі і досліджувати його залежність від швидкості газового потоку;

− порівняти отримані значення коефіцієнта тепловіддачі з розрахованими по емпіричних формулах;

− скласти звіт.

3 Основні теоретичні положення

Кількість тепла, Q, переданого від стінки труби до повітря, що рухається усередині труби, розраховується по формулі Ньютона-Рихмана:

Q= ,

де – температура стінки труби і повітря відповідно, °С;

F – поверхня теплообміну, м²;

a− коефіцієнт тепловіддачі від стінки труби до повітря, Вт/(м²×К).

Коефіцієнт тепловіддачі залежить від багатьох факторів: теплофізичних властивостей повітря, режиму плину і т.д. Наявні наближені теоретичні формули для розрахунку a можуть бути використані для рішення обмеженого кола задач. З цієї причини в даний час більше поширені формули, отримані досвідченим шляхом, для широкого кола практичних задач.

Експериментально не можливо одержати формулу для визначення a, що охоплює все різноманіття практичних випадків конвективного теплообміну. Тому при наближених аналітичних рішеннях і експериментальному дослідженні конвективного теплообміну широко застосовується теорія подоби.

4 ОПИС УСТАНОВКИ

Установка (рисунок 2.1) являє собою вертикально розташовані труби 3 із внутрішнім діаметром 18 мм, товщиною 2 мм і довжиною 350 мм. Матеріал труби – сталь. Труби оточені водяною сорочкою 2, у якій підтримується температура води t_вод = 100°С за допомогою трубчастої електричної печі 1. Через труби продувається повітря, що подається вентилятором 10.

Витрата повітря регулюється зміною напруги, що подається на вентилятор за допомогою Латра 8. Витрата повітря виміряється за допомогою діафрагми 9 і манометра 7. Піч включається через ЛАТР 4. Температура повітря на вході і виході з труби виміряється термометрами 5, 6.

5 ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

Вивчивши інструкцію і підготувавши журнал спостережень, одержати у викладача дозвіл на проведення роботи.

Залити воду у водяну сорочку і включити піч. Після закипання води установити ЛАТРом напругу, при якій підтримується слабке кипіння.

Уключити вентилятор для подачі повітря. Установити Латром довільну витрату повітря.

Після встановлення стаціонарного теплового стану (через 3-5 хв. після включення вентилятора) зафіксувати показання манометра і всіх термометрів.

За допомогою Латра тричі змінити витрату повітря і досвід повторити.

Рисунок 2.1 − Схема експериментальної установки

Журнал спостережень

6 ОБРОБКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДАНИХ

Коефіцієнт тепловіддачі від стінки труби до повітря визначається з вираження для коефіцієнта теплопередачі К при стаціонарному стані від води до повітря через стінку труби:

,

звідки , (1)

де a_ВОДЫ =3500 Вт/(м²×К) – коефіцієнт тепловіддачі від води до зовнішньої поверхні труби;

_СТ = 35 Вт/ – коефіцієнт теплопровідності матеріалу стінки;

= 0,002 м – товщина стінки труби.

Коефіцієнт теплопередачі визначається по формулі:

К = , (2)

де Q – кількість тепла, передана за одиницю часу через бічну поверхню труби від води до повітря, Вт,

Q = V×C×(t_ВЫХ − t_ВХ); (3)

V − витрата повітря, обумовлена за показниками манометра і тарувальної кривої

V= м³/с; (4)

К_у − тарувальний коефіцієнт (для даної установки К_у=2,05);

h − показання манометра, кгс/м²;

С – середня в інтервалі температур 0…t_ВОЗД теплоємкість повітря, Дж/(м³×К) [див. Додаток А];

Dt_СР – середньологарифмічна різниця температур, °С:

(5)

F − поверхня теплообміну, м²;

F = p×d_CP×ℓ, (6)

d_CP − середній діаметр труби, м;

, (7)

d_ВН = 0,018 м; d_Н = 0,018 + 2×0,002 = 0,022 м;

ℓ = 0,35 м – довжина труби;

t_ВЫХ, t_ВХ – середня температура повітря на виході і вході в трубу, °С.

Отримані експериментальним шляхом коефіцієнти тепловіддачі порівнюються з розрахованими по формулі:

, (8)

де Re − число подоби Рейнольдса

, (9)

W – швидкість повітря в трубі визначається по формулі:

, м/с; (10)

f − поперечний переріз труби, м²;

, (11)

d_ВН – внутрішній діаметр каналу, м; d_ВН = 0,018 м;

n − коефіцієнт кінематичної в'язкості повітря, м²/с [див. Додаток А];

l_ВОЗД − коефіцієнт теплопровідності повітря, Вт/(м×К) [див. Додаток А].

Значення , С, визначаються по Додатку А при середній температурі повітря на вході і виході з труби для даної витрати V повітря, тобто

. (12)

Послідовність розрахунку

1). Визначити середній діаметр труби d_CP за формулою (7).

2). Визначити поверхню теплообміну F за формулою (6).

3). У лабораторній роботі передбачено проведення експериметів для 3-х витрат V повітря. За формулою (4) визначити витрати V₁, V₂, V₃, відповідні h₁, h₂, h₃ з середніх значень журналу спостережень.

4). Визначити середню температуру повітря на вході і виході з труби для кожної витрати V повітря за формулою (12).

5). За Додатком А визначити середню теплоємкість С повітря при для кожної витрати V повітря.

6). Розрахувати кількість тепла Q для кожної витрати V повітря за формулою (3).

7). Визначити середньологарифмічну різницю температур Dt_СР для кожної витрати V за формулою (5).

8). Розрахувати для витрат повітря V₁, V₂, V₃ відповідні коефіцієнти теплопередачі К₁, К₂, К₃ за формулою (2).

9). За формулою (1) визначити відповідні коефіцієнти тепловіддачі .

10). Визначити поперечний переріз труби f за формулою (11).

11). Розрахувати швидкості повітря в трубі W₁, W₂, W₃, відповідні V₁, V₂, V₃ за формулою (10).

12). За Додатком А визначити коефіцієнт кінематичної в'язкості n повітря при для кожної витрати V повітря.

13). За формулою (9) визначити відповідні значення числа Рейнольдса Re₁, Re₂, Re₃.

14). За Додатком А визначити коефіцієнт теплопровідності l_ВОЗД повітря при для кожної витрати V повітря.

15). Визначити розрахункові коефіцієнти тепловіддачі за формулою (8).

Потім будуються залежності коефіцієнта тепловіддачі та від швидкості повітря в трубі =f(W), отримані по експериментальним і розрахунковим даним (рисунок 2.2).

7 УКАЗІВКИ ДО ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

Звіт повинний містити опис і схему установки, журнал спостережень, розрахункову частину, графіки =f(w), побудовані по експериментальним і розрахунковим даним.

8 ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ

1. Включення і вимикання установки робити під спостереженням викладача.

2. Не допускати інтенсивного кипіння води.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Від яких величин залежить коефіцієнт тепловіддачі?

2. Фізичний зміст коефіцієнта тепловіддачі.

Поиск по сайту: