4 Описание экспериментальной установки
Принципиальная
схема экспериментальной установки
изображена на рисунке 1.
Исследуемые
тела представляют собой трубы (элементы
№ 1
и
№ 2)
выполненные
из одинакового материала (полированная
сталь). Одна труба расположена
горизонтально, а другая – вертикально.
Внутри трубок размещены электронагреватели
из нихромовой проволоки служащие
источником тепла. Тепловой поток
распределяется равномерно подлине
трубы. При стационарном режиме все
тепло, выделяемое электронагревателем,
передается через поверхность трубы в
окружающую среду. Тепловой поток
с
поверхности трубы определяется по
расходу электроэнергии. Потребляемая
мощность электроэнергии регулируется
автотрансформаторами P1
и Р2 и измеряется ваттметрами PW3
и PW4.
Рисунок 1 – Схема экспериментальной установки
Элемент 1, 2 выполнены из нержавеющей полированной стальной трубы, наружным диаметром d = 40 мм и длиной (высотой) трубы 470 мм.
Порядок проведения работы
Опыт проводится (после изучения устройства опытной установки и с ознакомлением с измерительной схемой) в следующем порядке.
Включить стенд автоматическим выключателем QF1 «Сеть». Загорится индикатор включенного состояния стенда. Выключателями SA3, SA4 включаются электрические нагреватели НЭ1 (3), НЭ2 (4) элементов 1, 2 и регулятором напряжения Р3, Р4 устанавливается определённое значение мощности, одинаковое для двух элементов 1 и 2. Значение мощности определяется ваттметром PW3, PW4.
В первом режиме мощность устанавливается в пределах от 30 до 50 Вт. По достижении установившегося теплового режима, при котором показания измерительных приборов сохраняются неизменными, производится запись показаний приборов в протокол (таблица 1) через равные промежутки времени между замерами (3 минуты).
По заданию преподавателя могут проводиться опыты при других значениях потребляемой мощности элементов.
Таблица 1
Наименование величин |
Режим 1 |
Режим 2 |
||||||||||||||
Элемент 1 |
Элемент 2 |
Элемент 1 |
Элемент 2 |
|||||||||||||
Замеры |
1 |
2 |
3 |
Замеры |
1 |
2 |
3 |
Замеры |
1 |
2 |
3 |
Замеры |
1 |
2 |
3 |
|
Тепловой поток , Вт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температуры поверхности элементов труб |
11 |
|
|
|
16 |
|
|
|
11 |
|
|
|
16 |
|
|
|
12 |
|
|
|
17 |
|
|
|
12 |
|
|
|
17 |
|
|
|
|
13 |
|
|
|
18 |
|
|
|
13 |
|
|
|
18 |
|
|
|
|
14 |
|
|
|
19 |
|
|
|
14 |
|
|
|
19 |
|
|
|
|
15 |
|
|
|
20 |
|
|
|
15 |
|
|
|
20 |
|
|
|
|
Средние значения температуры
поверхности элементов
|
|
|
|
|
||||||||||||
Температуры окружающего воздуха , |
|
|
|
|
||||||||||||
,
Расчёт коэффициентов конвективной теплоотдачи для элемента 1 (горизонтальная труба) и 2 (вертикальная труба) производится по таблице 2.
Таблица 2
Наименование величин |
|
Расчётные формулы |
Режим 1 |
Режим 2 |
||
Элемент 1 |
Элемент 2 |
Элемент 1 |
Элемент 2 |
|||
Температура поверхности трубы |
|
- |
|
|
|
|
Температура окр. среды |
|
- |
|
|
|
|
Тепловой поток |
|
- |
|
|
|
|
Поверхность трубы |
|
|
|
|
|
|
Величина лучистого теплового потока |
|
|
|
|
|
|
Конвективная составляющая теплового потока |
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплоотдачи опытный |
αК |
|
|
|
|
|
Определение температуры |
|
|
|
|
|
|
Коэффициент кинематической вязкости |
|
|
|
|
|
|
Критерий Прандтля |
|
- |
|
|
|
|
Коэффициент теплопроводности |
|
- |
|
|
|
|
Коэффициент объемного расширения |
|
|
|
|
|
|
Критерий Нуссельта |
|
|
|
|
|
|
Критерий Грасгофа |
|
|
|
|
|
|
Произведение
|
- |
- |
|
|
|
|
Расчетный критерий Нуссельта |
|
|
|
|
|
|
а) показатель |
n |
|
|
|
|
|
б) постоянная выбирается из табл. 6.2 |
С |
|
|
|
|
|
Коэффициент теплоотдачи (расчётный) |
αр |
|
|
|
|
|
По результатам расчёта произвести сравнение опытного коэффициента теплоотдачи αК с расчетным αр.