Контрольные вопросы

1.Для чего применяется оребрение теплообменных поверхностей? Со стороны какого теплоносителя и почему целесообразно нанесение оребрения на поверхность теплообменного аппарата?

2.Каковы основные геометрические характеристики ребер?

3.Что такое коэффициент оребрения?

4.Что такое коэффициент эффективности ребра? От чего он зависит?

5.Что такое избыточная температура ребра? Как она изменяется по высоте ребра?

6.Как рассчитывается тепловой поток от оребренной стенки?

7.Как и почему влияют геометрические характеристики оребрения на тепловой поток, отводимый от ребристой стенки?

8.Что такое приведенный коэффициент теплоотдачи?

9.Как рассчитывается коэффициент теплоотдачи от оребренной поверхности в окружающую среду?

10.Как устроена экспериментальная установка? В чем заключается методика проведения опыта и обработка полученных данных?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МЕТОДОМ РЕГУЛЯРНОГО РЕЖИМА

Задание

Определить экспериментально коэффициент температуро-проводности и рассчитать коэффициент теплопроводности сыпучего или волокнистого материала.

Литература

1. [1] стр. 11…20, 66…77, 90…95.

2. [2] стр. 8…12, 38…41, 220…233, 242…245.

Теоретические положения

Коэффициент температуропроводности – важнейшее теплофизическое свойство материалов, характеризующее скорость изменения температурного поля тела в нестационарных процессах теплопроводности. Зависит от рода материала и параметров состояния (в основном, от температуры).

Один из наиболее распространенных методов экспериментального определения коэффициента температуропроводности основан на теории регулярного режима, в частности, на 2-й теореме Г.М.Кондратьева. Регулярный режим 1 рода наступает спустя некоторое время после начала охлаждения (нагрева) тела в условиях t_ж=const и характеризуется тем, что на характере процесса не сказывается влияние начального распределения температур, а избыточная температура любой точки тела  меняется во времени по экспоненциальному закону

, град (1)

Множители А₁ и U₁ зависят от формы тела и начального распределения температур.

Величина представляет относительную скорость изменения температуры и называется темпом охлаждения (или нагрева). При наступлении регулярного режима темп охлаждения не зависит ни от времени, ни от координат, т.е. является величиной постоянной и одинаковой для всех точек тела. При этом ln меняется во времени по линейному закону (рис.1). Поскольку m есть величина постоянная, ее можно определить как отношение конечных приращений ( ln), , т.е.

, с^-1 (2)

Темп охлаждения зависит только от физических свойств тела, интенсивности охлаждения его поверхности, формы и размеров тела. По 2-ой теореме Г.М.Кондратьева при t_ж=const, Bi темп охлаждения пропорционален коэффициенту температуропроводности, т.е.

, с^-1 (3)

Коэффициент пропорциональности К зависит от формы и размеров тела, и для тел простой формы может быть определен аналитически. В частности, для шара радиусом R

, м^-2 (4)

для цилиндра конечной длины l и радиуса

, м^-2 (5)

Таким образом, если выполнить условие теоремы Кондратьева, т.е обеспечить t_ж=const, Bi (практически Bi>100), придать исследуемому материалу простую форму, ввести его состояние регулярного режима и определить темп охлаждения, то далее из зависимости (3), легко рассчитать величину а.

Для сыпучих, волокнистых и прочих неоднородных материалов определяется коэффициент температуропроводности, зависящий от теплофизических свойств (, , с_р) твердого компонента и заполняющего поры газа (обычно воздух),степени заполнения данного объема твердым компонентом, температуры и влажности. При этом данный неоднородный материал рассматривается как некоторый условный однородный материал, эквивалентный по скорости изменения температуры.

Для придания исследуемому материалу формы шара или цилиндра он помещается в полую тонкостенную металлическую оболочку, называемую -калориметром.