Устройство экспериментальной установки.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ.
В основу экспериментальной методики определения коэффициента теплоотдачи положен метод стационарного теплового потока, в соответствии с которым из уравнения Ньютона – Рихмана
,
Вт/(м2К)
(3)
Таким образом, чтобы определить экспериментальное значение коэффициента теплоотдачи, необходимо в опыте измерить величины входящие в уравнение: тепловой поток Q, Вт, подведенный к теплообменной поверхности площадью F, м2; разность температур t=tст-tн.
Экспериментальная установка, принципиальная схема которая представлена на рис.1, позволяет исследовать процесс кипения дистиллированной воды в широком диапазоне изменения плотности теплового потока.
Основу экспериментальной установки составляет герметичная камера 1 объемом 8 дм3, выполненная из нержавеющей стали и заполненная исследуемой жидкостью – дистиллированной водой. В днище камеры вмонтирован электронагреватель 3, служащий для подогрева воды до температуры насыщения. С помощью контактного термометра 2 и блока автоматики 4 поддерживается необходимая температура исследуемой жидкости. Для визуальных наблюдений за процессом кипения в противоположных стенках камеры вмонтированы иллюминаторы 5. Снаружи камера покрыта слоем теплоизоляции 16. Объектом исследования является тонкостенная трубка из нержавеющей стали 6, установленная с помощью проходных изоляторов в стенках камеры. Размеры трубки приведены в табличке на стенде. Трубка нагревается непосредственным пропусканием через нее переменного тока низкого напряжения от низковольтного источника питания 7. Регулирование теплового потока производится автотрансформатором 8 типа РНО, включенным в первичную обмотку источника питания. Подводимый тепловой поток определяется по показаниям вольтметра 9 и амперметра 10.
Рис.1. Принципиальная схема опытной установки
Внутри опытной трубки, на наружной поверхности которой происходит кипение жидкости, заложены 2 медь-константановые термопары 11 (рис.2), измеряющие температуру внутренней поверхности трубки. Для предотвращения влияния конвекции воздуха на показания термопар, внутрь трубки засыпан порошок Al2O3. В объеме жидкости находится термометр 12, измеряющий ее температуру.
Рис.2.
Сечение опытной трубки. Схема заделки
термопар. Распределение температуры в
стенке трубки.
1-стенка опытной трубки; 2-спай термопары; 3-вывод термопары; 4-засыпка Al2O3.
Термопары имеют общий холодный спай, погруженный в сосуд с тающим льдом, (tхс=0 оС) и через переключатель 14 поочередно подключаются к потенциометру 15.
К началу опыта воду с помощью электронагревателя 2 доводят до температуры кипения. Подают напряжение на трубку 6, устанавливая вращением ручки автотрансформатора 8 заданную преподавателем величину. Через 3-4 минуты приступают к измерению показаний термопар Е1 и Е2, силы тока I и напряжения U, а также барометрического давления. Результаты измерения заносят в таблицу. Затем вращением ручки автотрансформатора 8 повышают напряжение на опытной трубке (увеличивают тепловой поток) до значения, указанного преподавателем. Повторяют все измерения. Таким образом проводят опыты при 4-5 значениях теплового потока, выполняя также визуальные наблюдения и зарисовку картины процесса кипения. Результаты измерений и описание процесса при каждом значение теплового потока также заносят в таблицу.
№ зам-ера |
Е, мВ |
Напряжение U, В |
Сила тока I, А |
Барометр. давление РВ, Па |
Зарисовка картинки кипения на трубке |
Описание характера процесса кипения |
|
1 |
2 |
||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|