Методика и порядок проведения работы. Среднее значение коэффициента теплоотдачи определяется из уравнения: , (2.5)

Среднее значение коэффициента теплоотдачи определяется из уравнения:

,

(2.5)

где L – длина трубы, м;

d – диаметр трубы, м;

ΔT = T _ст – T _ж –температурный напор, К;

, К;

, К.

Q _к – мощность теплового потока, передаваемого опытной трубой в окружающую среду путем конвекции, Вт.

Мощность конвективного теплового потока определяется из уравнения

,

(2.6)

где Q _п – полное количество тепла, которое выделяется электронагревателем и передается путем конвекции и лучеиспускания (оно численно равно мощности электронагревателя Q _п = W = U × I), Вт,

Q _л – количество тепла, передаваемого трубой в окружающую среду посредством лучеиспускания, Вт.

,

(2.7)

где ε – степень черноты поверхности трубы, принимаемая для установки, равной 0,7; C ₀ = 5.67 Вт/(м²×К) – коэффициент излучения абсолютного черного тела; f – поверхность трубы, м².

После установления стационарного теплового режима необходимо записать показания приборов (напряжение, сила тока и температуры поверхности трубы) в форме таблицы 2.2.

Таблица 2.2 – Экспериментальные значения рабочих параметров по результатам наблюдений

В связи с тем, что в данной лабораторной работе тепловые процессы обладают существенной инерционностью, рекомендуется провести только три опыта. Данные остальных тепловых режимов установки выдаются преподавателем каждому студенту по индивидуальному варианту.

Обработку экспериментальных данных по всем режимам представить в виде таблицы 2.3 и проверить на компьютере с помощью специальной программы, разработанной в редакторе электронных таблиц Excel.

Таблица 2.3 – Результаты обработки экспериментальных данных

На основании проверенных расчетных данных построить график функциональной зависимости , где – среднее значение коэффициента теплоотдачи от исследуемой горизонтальной трубы к окружающему воздуху, Вт/(м²×К).

Затем, представить зависимость в виде критериального уравнения 2.1, которое описывает процесс конвективного теплообмена для случая свободного движения воздуха около исследуемой трубы. С этой целью вычисляют значение критериев Нуссельта (Nu), Грасгофа (Gr) и Прандтля (Pr). Критерий Прандтля может быть непосредственно принят по таблице 2.4. Вычисление указанных величин выполняется для всех опытов и сводится в таблицу 2.3. После этого строится график зависимости в соответствии с формулой (2.1). Логарифмируя зависимость (2.1), получаем уравнение вида

.

(2.8)

Следовательно, в логарифмической системе координат эта зависимость имеет вид прямой линии.

Откладывая по оси абсцисс величину lg (Gr · Pr) _m, а по оси ординат lgNu_m, получаем линейную зависимость в соответствии с уравнением (2.8).

Показатель степени n в уравнении (2.1) будет равен тангенсу угла наклона этой прямой к оси абсцисс. Постоянная C находится из соотношения для любой точки прямой.

.

(2.9)

Расчеты и построения рекомендуется выполнять с использованием редактора электронных таблиц Excel.

Если для построения зависимости 2.8 использовать электронные инструменты точечной диаграммы Excel, то коэффициенты lgC и n будут рассчитаны автоматически в процессе построения.

Полученные экспериментальные значения коэффициентов сравнивают с литературными данными.

Данная лабораторная работа считается выполненной, кода студент, присутствующий на занятии и выполнивший практическую часть работы, представляет преподавателю письменный отчет выполненной лабораторной работы в полном объеме.

Содержание отчета и его форма

Отчет оформляется в 18-листовой тетради и должен содержать следующие пункты:

– тема работы,

– цель работы,

– краткое описание работы;

– принципиальную схему опытной установки;

– протокол записи показаний измерительных приборов,

– обработку результатов опыта (по форме таблицы 2.3);

– графические зависимости:

а) коэффициента теплоотдачи от температурного напора;

б) критерия Нуссельта от произведения критериев Грасгофа и Прандтля (в логарифмическом виде);

– сопоставления результатов опыта с литературными данными.

Вопросы для защиты работы

1. Физическая сущность процесса конвективной теплоотдачи. В чем состоит принципиальная разница между процессом конвективного теплообмена и процессом теплопроводности.

2. Закон Ньютона-Рихмана; коэффициент теплоотдачи.

3. Влияние на интенсивность теплообмена температурного напора, физических свойств жидкости, расположения опытной трубы в пространстве.

4. Теплоотдача при различных видах движения среды и изменения ее агрегатного состояния.

5. Теория подобия; критерии подобия.

6. Обработка опытных данных в числах и критериях подобия, их анализ; общие условия подобия физических процессов.

7. Лучистый теплообмен: основные понятия и законы теплового излучения.

8. Излучение и поглощение энергии газами.

9. Лучистый теплообмен между телами; экраны для защиты от излучения.

13. Закон Стефана-Больцмана.

14. Как зависит коэффициент теплоотдачи от диаметра одиночной трубы при свободной конвекции?

15. Как определяется тепловой поток при выполнении лабораторной работы?

16. Критерий Нуссельта. Физический смысл. Обозначить входящие в него величины.

17. Критерий подобия Грасгофа. Физический смысл. Обозначить входящие в него величины.

18. Критерий подобия Прандтля. Физический смысл. Обозначить входящие в него величины.

19. Критерий подобия Рейнольдса. Физический смысл. Обозначить входящие в него величины.

20. Назвать гидродинамические режимы при вынужденном движении жидкости. Указать граничные значения критерия, характеризующего эти режимы.

21. Общий вид критериального уравнения для вынужденного конвективного теплообмена.

22. Общий вид критериального уравнения для свободного конвективного теплообмена.

23. Размерность коэффициента теплоотдачи.

24. Что является движущей силой жидкости при свободной и при вынужденной конвекции?

Список рекомендуемой литературы

1. Теплотехника: Учебник для вузов/ В.Н.Луканин, М.Г.Шатров, Г.М.Камфер и др.: Под ред. В.Н. Луканина. –М.: Высш. шк., 1999. –671с.

2. Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. - М.:Стройиздат, 1991.-480 с.

Поиск по сайту: