При свободной конвекции

Методика проведения опыта

– последовательно устанавливаем трубу в одно из трёх положений (горизонтальное, вертикальное либо под углом 45 °);

– включаем электронагреватель, устанавливаем автотрансформатором напряжение U 100 В;

– замеряем и записываем в соответствующую колонку таблицы измерений, значения напряжения и силы тока в цепи нагревателя;

– для достижения стационарного температурного поля трубу выдерживают в соответствующем положении примерно 5 минут перед началом измерений; стационарность определяется малым изменением температуры стенки трубы (не более 0,5 °С в минуту по показаниям термопары № 3);

– измеряем ЭДС всех пяти термопар; усредненное значение ЭДС переводим в °С при помощи графика, имеющегося на лабораторном столе.

При определении истинной средней температуры поверхности трубы учитываем, что термопары показывают температуру относительно холодного спая, находящегося при температуре помещения. Поэтому окончательно истинная температура трубы (t_тр) рассчитывается из соотношения

t_тр = t_изм–(t_т–t_и),

где t_изм − температура поверхности трубы по показаниям гальванометра, °С;

t_т, t_и − температура воздуха в лаборатории в момент тарировки термопар и при выполнении лабораторной работы, соответственно.

Таблица 6.6

Измеряемые в опыте величины

Положение трубы	Температура поверхности трубы, tс, оС					Показания электроприборов		Температура стен помещения, оС
	номера термопар					напряжение, U, В	сила тока, I, А
	1	2	3	4	5
горизонтальное
45 о
вертикальное

На основании измеренных величин рассчитываем:

– количество теплоты Q, Вт, выделяемое электронагревателем

Q = U·I ,

где U − напряжение, В;

I − сила тока, А;

– количество теплоты Q_изл, Вт, отдаваемое трубой излучением

где ε _лат= 0,87 — степень черноты окисленной латуни;

с₀ = 5,67 Вт/(м²·К⁴) − коэффициент излучения абсолютно черного тела;

F_тр = πdL, м² − наружная поверхность трубы (d = 35 мм, L = 1 м)

Т_тр, К − температура наружной поверхности трубы;

Т_ст, К − температура стен лаборатории во время опыта;

– количество теплоты, отводимое от трубы свободной конвекцией

Q_к = Q – Q_изл .

Значение коэффициента теплоотдачи рассчитывается из соотношения

,

где t_в — температура воздуха в лаборатории.

По полученным трем значениям α при горизонтальном и вертикальном расположении трубы, а также при её наклоне под 45° к горизонту (α_гор, α_вер, α₄₅) надо сделать заключение о том, как и почему изменяется значение коэффициента теплоотдачи при естественной конвекции от одиночной трубы при изменении её пространственного положения.