Экспериментальное определение коэффициента теплоотдачи

Для экспериментального определения коэффициента теплоотдачи от поверхности трубы необходимо воспользоваться законом Ньютона-Рихмана:

, (3.10)

где q – плотность теплового потока, .

Тогда экспериментальное значение коэффициента теплоотдачи будет равно:

. (3.11)

Плотность теплового потока определяется по формуле:

, (3.12)

где Q – количество теплоты, выделяемое нагревателем за секунду, Вт;

S – площадь цилиндрической поверхности трубы, м²;

U_н – напряжение на нагревателе, В;

I_н – сила тока, проходящего через нагреватель, А;

d – диаметр трубы, м;

l – длина трубы, м.

2. Схема экспериментальной установки

Лабораторная установка (рис. 3.1 и рис. 3.2) состоит из отрезка медной тонкостенной трубы 1, на поверхности которой по длине расположены 5 термопар t_{1 ….}t₅ с интервалом 100 мм. Третья термопара t₃ находится в центре трубы, термопары t₁ и t₅ находятся на расстоянии 10 мм от концов трубы. Указанные термопары монтируются изнутри трубы. Труба устанавливается так, что спаи термопар находятся в верхних точках цилиндрической поверхности трубы. Еще одна термопара t₆ находятся снизу на середине трубы. На концах трубы находятся заглушки 2 из теплоизолирующего материала. Термопара t₇ измеряет температуру воздуха вблизи трубы. Ее показания регистрируются во втором канале измерителя температуры.

В центре трубы находится электрический нагреватель 3, подключенный через образцовое сопротивление R_O к источнику переменного напряжения 12 (ЛАТР). Напряжение на нагревателе U_Н и напряжение на образцовом сопротивлении U_О измеряются мультиметром 5. Нагреватель 3 размещается в медном цилиндрическом термостате 11.

На передней панели модуля расположены гнёзда для подключения мультиметра, а также тумблер для переключения мультиметра на измерение напряжения на нагревателе U_H и напряжения на образцовом сопротивлении U_O. Все термопары подключены к измерителю 7 температуры ТРМ200, через переключатель 8. Включение установки производится тумблером 9, включение нагревателя – тумблером 10. Установка необходимого напряжения на нагревателе и его регулирование производится ручкой 4 ЛАТРа.

3. Порядок проведения эксперимента

1. Убедиться, что ручка ЛАТРа 4 повернута против часовой стрелки до упора.

2. Включить тумблер 9.

3. Включить измеритель температуры 7 и мультиметр 5, установив его на измерение переменного напряжения (V~).

4. Включить ЛАТР тумблером 10 и установить ручкой 4 ЛАТРа напряжение на нагревателе 25-30 В, наблюдая за показаниями мультиметра.

5. Выйти на стационарный режим, подождав некоторое время (показания температуры на термопарах с течением времени не должны изменяться значительно).

6. Провести измерения температур t₁ ... t₆, устанавливая переключатель 8 в соответствующее положение. Температура воздуха t₇ вблизи трубы постоянно регистрируется вторым каналом измерителя температуры.

7. Измерить напряжения U₀ и U_н, переключив тумблер в соответствующее положение.

8. Повторить измерения не менее трех раз, устанавливая другие значения напряжения на нагревателе (в интервале 30-80 В). Полученные данные занести в таблицу результатов измерений.

9. выключить приборы и установку, снять выходное напряжение на ЛАТРе, повернув ручку против часовой стрелки до упора.

Таблица результатов измерений

№ п/п	t1, 0С	t2, 0С	t3, 0С	t4, 0С	t5, 0С	t6, 0С	t7, 0С	UH, В	UO, В
1.
2.
3.