4. Обработка результатов эксперимента

Исходные данные для расчета:

- внешний диаметр трубы d=28 мм

- длина трубы l=420 мм

- величина образцового сопротивления R₀=1 Ом

Для определения экспериментального значения коэффициента теплоотдачи необходимо выполнить следующее.

1. Определить силу тока по формуле:

(3.13)

2. Рассчитать по выражению (3.12) плотность теплового потока.

3. Рассчитать среднюю температуру стенки по формуле:

(3.14)

4. Рассчитать по формуле (3.11) экспериментальное значение коэффициента теплоотдачи.

Результаты расчетов занести в таблицу.

Используя методику, изложенную в п. 1, рассчитать теоретическое значение коэффициента теплоотдачи, результаты расчетов занести в таблицу 2.

Таблица результатов расчетов

№ опыта

Iн, А

q,

tст, 0С

αэ,

tср, 0С

λ,

ν,

β,

Gr

Pr

Nu

αт,

1

2

3

5. Контрольные вопросы:

1. Понятие конвекции, свободная конвекция.

2. Закон Ньютона-Рихмана.

3. Коэффициент теплоотдачи, его физический смысл.

4. От каких величин зависит коэффициент теплоотдачи?

5. Критерий Нуссельта, его смысл.

6. Критерий Грасгофа, его смысл.

7. Критерий Прандтля, его смысл.

Рис. 3.1

Рис. 3.2

Лабораторная работа № 4

Определение коэффициента теплопередачи при вынужденном течении жидкости в трубе в условиях свободной конвекции

Цель работы: определить средний коэффициент теплопередачи от жидкости к воздуху через гладкую и ребристую стенку при ламинарном течении жидкости в трубе круглого сечения и в условиях естественной конвекции окружающего воздуха.

1. Теоретические основы работы Гладкая труба

Коэффициент теплопередачи через цилиндрическую стенку рассчитывается следующим образом:

, (4.1)

где α₁ – коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности трубы, ;

α₂ – коэффициент теплоотдачи на внешней поверхности трубы, ;

λ – коэффициент теплопроводности материала стенки (для меди λ=390 );

d₁ – внутренний диаметр трубы, м;

d₂ – внешний диаметр трубы, м.

Учитывая, что значение ln( ), мало, можно записать:

(4.2)

При вязком течении средний коэффициент теплоотдачи ₁ может быть определен из следующих уравнений:

, (4.3)

, (4.4)

, (4.5)

, (4.6)

где Nu – число Нуссельта, Pe – число Пекле, Re – число Рейнольдса, Pr – число Прандтля, ν_c – кинематическая вязкость жидкости при температуре стенки t_c, ν_ж – кинематическая вязкость жидкости при температуре t=t_c-0,5·t_ср (t_ср – средний температурный напор т.е. разность между температурой жидкости и температурой стенки),  принимается равным единице при данном соотношении , d₁ – внутренний диаметр трубы, l – длина трубы, ω – скорость движения жидкости (ее можно найти как отношение объемного расхода воды в секунду к площади сечения трубы); – коэффициент теплопроводности жидкости.

Значение числа Прандтля и кинематических вязкостей берутся из справочных таблиц.

Теплоотдача от трубы к воздуху происходит преимущественно посредством естественной конвекции. При малых температурных напорах вокруг трубы образуется пленка нагретого воздуха. Этот режим называется пленочным. Теплообмен определяется теплопроводностью воздуха. При увеличении температурного напора возможно разрушение ламинарного течения вокруг трубы. В этом случае расчет коэффициента теплоотдачи ₂ производится по формулам:

, (4.7)

, (4.8)

, (4.9)

где Gr – критерий Грасгофа, g=9,8 – ускорение свободного падения, - коэффициент объемного расширения воздуха, Δt – разность температур трубы и воздуха, d₂ – наружный диаметр трубы, - кинематическая вязкость воздуха, - коэффициент теплопроводности воздуха.

Значения числа Прандтля, кинематической вязкости и коэффициента теплопроводности берутся из справочных таблиц.

Для газов коэффициент объемного расширения можно рассчитать по следующему выражению:

, (4.10)

где Т – температура газа, К.