Вариант 8 КУРСОВАЯ + ЛАБЫ / Лаба 3 / Лабораторная работа №3 ВАРИАНТ 8
.docxФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»
(РУТ (МИИТ))
ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Кафедра «Инженерная защита окружающей среды»
Направление (специальность) УЗС-311«Инженерная экология»
Лабораторная работа
Анализ зависимости коэффициента теплоотдачи для вертикального цилиндра при свободном движении среды
Выполнил:
Подуфалов М.М.
Проверил:
Тимошенкова Е.В.
МОСКВА-2017
Задание
№ варианта |
Задание |
8 |
1Г; 2В; 3Б |
№1
Исследование зависимости коэффициента теплоотдачи от температурного напора
Вариант |
Теплоноситель |
Высота цилиндра, мм |
tст, оС |
tж, оС |
Г |
Дымовые газы |
3000 |
35 |
от 300 до 500 |
№ 2
Исследование зависимости коэффициента теплоотдачи от высоты цилиндра
Вариант |
Теплоноситель |
Высота цилиндра, мм |
tст, оС |
tж, оС |
В |
Водяной пар |
от 1000 до 3000 |
25 |
120 |
№ 3
Исследование зависимости коэффициента теплоотдачи от плотности теплоносителя
Вариант |
Теплоноситель |
Высота цилиндра, мм |
tст, оС |
tж, оС |
Б |
Вода |
5000 |
18 |
от 30 до 90 |
Горячий теплоноситель омывает «холодный» вертикальный цилиндр. Движение теплоносителя свободное.
При изучении теплообмена на модели в условиях естественной конвекции между вертикальным цилиндром и теплоносителем при его ламинарном режиме течения была получена следующая обобщенная зависимость:
Необходимо построить следующие зависимости:
коэффициента теплоотдачи от температурного напора α = f(Δt)
коэффициента теплоотдачи от высоты цилиндра α = f(H)
коэффициента теплоотдачи от плотности теплоносителя α = f(ρж)
Решение:
Задание 1Г
300 ̊
400 ̊
500 ̊
Критерий Грасгофа:
Где – коэффициент объемного расширения К-1:
- для идеальных газов определяется по формуле:
-для капельных жидкостей
300 ̊
400 ̊
500 ̊
g=9.8 = 10 м/с2 – ускорение свободного падения
tж – температура теплоносителя в ядре потока, омывающего цилиндр, 0С
Δt= (tж – tст.) – температурный напор (разница температур между температурой теплоносителя в ядре потока tж и температурой теплоносителя на поверхности цилиндра tст.)
νж – вязкость теплоносителя при определенной температуре в ядре потока воздуха, м2/с.
300 ̊
400 ̊
500 ̊
Критерий Прандля для теплоносителя с температурой в ядре потока находится из справочной литературы или по формуле:
300 ̊
400 ̊
500 ̊
аж – коэффициент температуропроводности для теплоносителя с температурой в ядре потока определяется из справочной литературы, м2/с.
Критерий Прандля для теплоносителя с температурой на поверхности стенки цилиндра находится из справочной литературы или по формуле:
300 ̊
400 ̊
500 ̊
νст – вязкость теплоносителя при определенной температуре на поверхности стенки цилиндра, м2/с.
аст – коэффициент температуропроводности для теплоносителя с температурой на поверхности стенки цилиндра определяется из справочной литературы, м2/с.
300 ̊
400 ̊
500 ̊
Критерий подобия Нуссельта определяется по формуле:
300 ̊
400 ̊
500 ̊
α – коэффициент теплоотдачи, Вт/м2 0С
λж – коэффициент теплопроводности теплоносителя при определенной температуре, Вт/м 0С, находится из справочной литературы
H – высота цилиндра, м
Для построения зависимости коэффициента теплоотдачи от температурного напора α = f(Δt)
Необходимо в данную формулу подставлять различные данные по температурному напору Δt, 0С, и рассчитать коэффициент теплоотдачи α для каждого случая:
300 ̊
400 ̊
500 ̊
Зависимость вида α = f(Δt):
α |
0 |
0,852 |
0,967 |
1,067 |
Δt |
0 |
265 |
365 |
465 |
Задание 2В
Высота цилиндра 1м
Высота цилиндра 2м
Высота цилиндра 3м
Критерий Грасгофа:
Где – коэффициент объемного расширения К-1:
- для идеальных жидкостей определяется по формуле:
Высота цилиндра 1м
Высота цилиндра 2м
Высота цилиндра 3м
g=9.8 = 10 м/с2 – ускорение свободного падения
tж – температура теплоносителя в ядре потока, омывающего цилиндр, 0С
Δt= (tж – tст.) – температурный напор (разница температур между температурой теплоносителя в ядре потока tж и температурой теплоносителя на поверхности цилиндра tст.)
νж – вязкость теплоносителя при определенной температуре в ядре потока воздуха, м2/с.
Высота цилиндра 1м
Высота цилиндра 2м
Высота цилиндра 3м
Критерий Прандля для теплоносителя с температурой в ядре потока находится из справочной литературы или по формуле:
Высота цилиндра 1м
Высота цилиндра 2м
Высота цилиндра 3м
аж – коэффициент температуропроводности для теплоносителя с температурой в ядре потока определяется из справочной литературы, м2/с.
Критерий Прандля для теплоносителя с температурой на поверхности стенки цилиндра находится из справочной литературы или по формуле:
Высота цилиндра 1м
Высота цилиндра 2м
Высота цилиндра 3м
νст – вязкость теплоносителя при определенной температуре на поверхности стенки цилиндра, м2/с.
аст – коэффициент температуропроводности для теплоносителя с температурой на поверхности стенки цилиндра определяется из справочной литературы, м2/с.
Критерий подобия Нуссельта определяется по формуле:
Высота цилиндра 1м
Высота цилиндра 2м
Высота цилиндра 3м
α – коэффициент теплоотдачи, Вт/м2 0С
λж – коэффициент теплопроводности теплоносителя при определенной температуре, Вт/м 0С, находится из справочной литературы
H – высота цилиндра, м
2) Для построения зависимости коэффициента теплоотдачи от высоты цилиндра α = f(H)
Необходимо в данную формулу подставлять различные данные по высоте цилиндра H, м, и рассчитать коэффициент теплоотдачи α для каждого случая:
Высота цилиндра 1м
Высота цилиндра 2м
Высота цилиндра 3м
Зависимость вида α = f(H):
α |
0,876 |
0,739 |
0,667 |
H |
1 |
2 |
3 |
Задание 3Б
30 ̊
60 ̊
90 ̊
Критерий Грасгофа:
Где – коэффициент объемного расширения К-1:
- для капельных жидкостей определяется по формуле:
30 ̊
60 ̊
90 ̊
g=9.8 = 10 м/с2 – ускорение свободного падения
tж – температура теплоносителя в ядре потока, омывающего цилиндр, 0С
Δt= (tж – tст.) – температурный напор (разница температур между температурой теплоносителя в ядре потока tж и температурой теплоносителя на поверхности цилиндра tст.)
νж – вязкость теплоносителя при определенной температуре в ядре потока воздуха, м2/с.
30 ̊
60 ̊
90 ̊
Критерий Прандля для теплоносителя с температурой в ядре потока находится из справочной литературы или по формуле:
30 ̊
60 ̊
90 ̊
аж – коэффициент температуропроводности для теплоносителя с температурой в ядре потока определяется из справочной литературы, м2/с.
Критерий Прандля для теплоносителя с температурой на поверхности стенки цилиндра находится из справочной литературы или по формуле:
30 ̊
60 ̊
90 ̊
νст – вязкость теплоносителя при определенной температуре на поверхности стенки цилиндра, м2/с.
аст – коэффициент температуропроводности для теплоносителя с температурой на поверхности стенки цилиндра определяется из справочной литературы, м2/с.
30 ̊
60 ̊
90 ̊
Критерий подобия Нуссельта определяется по формуле:
25 ̊
60 ̊
90 ̊
α – коэффициент теплоотдачи, Вт/м2 0С
λж – коэффициент теплопроводности теплоносителя при определенной температуре, Вт/м 0С, находится из справочной литературы
H – высота цилиндра, м.
3) Для построения зависимости коэффициента теплоотдачи от плотности теплоносителя α = f(ρ)
Зная, что коэффициент температуропроводности определяется по формуле, в состав которой входит плотность теплоносителя:
где ср – теплоемкость теплоносителя, кДж/кгК
С учетом формулы коэффициента температуропроводности необходимо преобразовать данную формулу и подставлять в нее различные данные плотности теплоносителя, которые определяются в справочной литературе в зависимости от температуры теплоносителя, а также рассчитать коэффициент теплоотдачи α для каждого случая:
50 ̊
60 ̊
80 ̊
Зависимость вида α = f(ρ):
α |
18,787 |
26,558 |
43,466 |
ρж |
5,42 |
2,98 |
1,95 |
Вывод: 1) из зависимости α=f(Δt) мы видим, что чем выше температурный напор, тем больше коэффициент теплоотдачи.
2) из зависимости α=f(H) мы видим, что чем выше высота цилиндра, тем коэффициент теплоотдачи меньше.
3) из зависимости α=f(ρ) мы видим, что чем выше плотность теплоносителя, тем коэффициент теплоотдачи больше.