Обработка результатов эксперимента

1.Усредняют (по времени) результаты 3-х последних (относящихся к стационарному режиму) замеров.

2.Усредняют э.д.с. термопар, расположенных на внутренней и наружной поверхностях слоя:

, мВ (5)

, мВ (6)

3.По усредненным значениям э.д.с. и и t_хс из градировочной таблицы термопар хромель-алюмель находят температуры внутренней и наружно поверхностей и .

4.Определить величину теплового потока

, Вт (7)

5.Расчитывают величину А по формуле (4)

6.Определяют _эфф

, Вт/(мК) (8)

7.Определяют плотность исследуемого материала  как отношение массы материала в слое G к объему V:

, кг/м³ (9)

8.Определяют коэффициент температуропроводности по формуле (2)

Название исследуемого материала, его эффективная теплоемкость с_р.эфф и масса G в слое указаны в табличке при установке. Средняя температура t, к которой следует отнести полученные результаты, определяется как полусумма температур на поверхностях. Полученное значение _эфф следует сопоставить с известным из литературы значением _эфф коэффициента теплопроводности исследуемого материала, определенным, например, из [1].

Основные результаты эксперимента сводят в следующую таблицу.

Материал	t ,оС	, кг/м3	ср.эфф кДж/(кгК)	эфф Вт/(мК)	эффлит Вт/(мК)	аэфф, м2/с

Контрольные вопросы

1.Что такое температурное поле (одномерное, плоское, объемное, стационарное и нестационарное), изотермическая поверхность, градиент температуры, тепловой поток и плотность теплового потока?

2.В чем состоит сущность закона Фурье?

3.Что такое коэффициент теплопроводности, от чего он зависит? Что такое эффективный коэффициент теплопроводности, от чего он зависит?

4.Что такое коэффициент температуропроводности, от чего он зависит? Что такое эффективный коэффициент температуропроводности?

5.Какие разновидности стационарного метода определения коэффициента теплопроводности известны, на каком уравнении они основаны?

6.Что такое граничные условия 1 рода; какие еще граничные условия известны?

7.Как устроена экспериментальная установка; как в ней реализованы основные идеи метода сферического слоя?

8.От чего зависит разность температур на поверхностях сферического слоя; каким образом можно изменять в экспериментах среднюю температуру исследуемого материала?

9. Каков порядок проведения эксперимента; как убедиться в наступлении стационарного теплового режима?

10.Как обрабатываются опытные данные; какие свойства исследуемого материала надо определить?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА ОТ ОРЕБРЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Задание

Определить экспериментально и рассчитать по теоретическим зависимостям коэффициент эффективности ребра и тепловой поток от оребренной поверхности. Сопоставить экспериментальные данные и расчетные результаты.

Литература

1. [1] стр. 44-50

2. [2] стр. 206…209, 216…219

Теоретические положения

Оребрение поверхностей теплообмена широко используется в различных устройствах для интенсификации процесса теплопередачи (в радиаторах паровых и водяных систем отопления, двигателях внутреннего сгорания с воздушным и водяным охлаждением, электродвигателях, мощных полупроводниковых приборах и т.п.).

Ребра устанавливают со стороны теплоносителя с меньшей интенсивностью теплоотдачи (например, в газо-жидкостных теплообменниках ребра, как правило, размещают со стороны газового теплоносителя), что позволяет снизить термическое сопротивление процесса теплопередачи, уменьшить габариты и вес теплообменного устройства.

Важнейшей характеристикой оребренных поверхностей является коэффициент оребрения К_ор и коэффициент эффективности ребра Е.

Коэффициент оребрения – геометрическая характеристика, показывающая во сколько раз увеличивается поверхность теплообмена за счет оребрения

(1)

где F_р.с.= F_с+nF_р - полная поверхность ребристой стенки; F_с – поверх-ность неоребренной части стенки; n – количество ребер; F_р – поверхность одного ребра; F_о – поверхность стенки до нанесения оребрения.

Коэффициент эффективности ребра характеризует снижение теплового потока с поверхности ребра вследствие уменьшения избыточной температуры по его высоте. Он представляет собой отношение действительного теплового потока с поверхности ребра Q_р к тепловому потоку, который передавался бы идеальным ребром Q_ид, у которого избыточная температура  не меняется по высоте и равна избыточной температуре основания (термическое сопротивление теплопроводности идеального ребра R_=0).

(2)

Здесь: - средняя по высоте ребра избыточная температура; - избыточная температура основания ребра.

Величина Е может принимать значения от 0 до 1. Коэффициент эффективности зависит от геометрических параметров ребра, физических характеристик материала, условий теплообмена с окружающей средой.

Для тонких (l>>) ребер прямоугольного сечения коэффициент эффективности может быть рассчитан по теоретической формуле:

(3)

где

(4)

U=2(b+) – периметр поперечного сечения ребра;

f = b – площадь сечения ребра

Так как b>>, то U2b,

Тепловой поток с ребристой поверхности F_рс= n F_р+ F_с находится как сумма тепловых потоков с поверхности ребер и с поверхности стенки, не занятой ребрами

(5)

, Вт/(м²К) (6)

Приведенный коэффициент теплоотдачи учитывает теплоотдачу поверхности ребра, поверхности гладкой стенки и эффективность работы ребра.

Так как E<1, всегда _пр .