Дослідження тепловіддачі від поверхні труби при вимушеному русі повітря

Мета роботи:	Закріплення і поглиблення теоретичних знань з теорії вимушеного конвективного теплообміну, експериментальне визначення коефіцієнта тепловіддачі, його розрахунок із критеріального рівняння і порівняння отриманих результатів.
Прилади та обладнання:	Експериментальна установка, штангенциркуль, термометр, секундомір, анемометр.

Теоретичні відомості

Конвективним теплообміном, або тепловіддачею називається процес перенесення тепла між твердою поверхнею і рідиною. При цьому процес перенесення тепла здійснюється одночасно дією теплопровідності і конвекції.

Розрізняють два види конвективного теплообміну – вільний (природний) і вимушений.

Вимушеним називається рух, що виникає під дією сторонніх збудників, наприклад, насоса, вентилятора.

Інтенсивність конвективного теплообміну характеризується коефіцієнтом тепловіддачі , який чисельно дорівнює кількості тепла, що віддається одиницею твердої поверхні за одиницю часу при різниці температур між твердою поверхнею і навколишнім середовищем на один градус.

Коефіцієнт тепловіддачі може бути визначений експериментально: якщо визначити потужність теплового потоку Q_k , поверхню теплообміну F і різницю температур між твердою стінкою і рідиною (в нашому випадку – повітрям). Тоді із рівняння Ньютона – Ріхмана маємо:

,

(5.1)

де

(5.2)

Коефіцієнт тепловіддачі також може бути розрахований на основі теорії подібності. Процеси тепловіддачі при вимушеному русі подібні тоді, коли поля швидкостей, температур і тисків подібні. При виконанні цих умов подібні стаціонарні процеси мають чисельно однакові критерії подібності N_U , і .

Критерій Нуссельта:

(5.3)

характеризує інтенсивність конвективного теплообміну.

Критерій Рейнольдса:

(5.4)

характеризує режим руху потоку рідини і є мірою відношення сил інерції в потоці і сил молекулярного тертя.

Критерій Прандтля:

(5.5)

характеризує фізичні властивості теплоносія. У критеріях подібності:

λ- коефіцієнт теплопровідності повітря; d- зовнішній діаметр дослідної трубки; - швидкість потоку; - коефіцієнт кінематичної в’язкості; а- коефіцієнт температуропроводності; Р_r = 0,72 – для повітря.

Критеріальне рівняння конвективного теплообміну в загальному вигляді:

(5.6)

для вимушеного руху спрощується:

.

(5.7)

Конкретні значення коефіцієнтів "с" і "n" визначені експериментально на моделях і приводяться в довідниках.

(5.8)