2.2. Теплоотдача от вертикальной трубы (продольное обтекание).

2.2.1.Описание лабораторного стенда.

Изучение процесса свободной конвекции проводится на лабораторной установке, реализующей метод имитационного моделирования реальных физических процессов. В состав установки входит управляющая ПЭВМ, соединенная с пультом управления и рабочим участком, имитирующим реальный объект исследования. Схема установки для изучения процесса свободной конвекции относительно вертикального цилиндра с системами электрического питания и измерения представлена на рис. 6.6.

1-рабочий участок; 2- торцевая тепловая изоляция; 3 – термопары;

4 – переключатель термопар; 5 – регистрирующий прибор для измерения термо-ЭДС термопар; 6 – цифровой индикатор вольтметра; 7 – регулятор напряжения;

8 – выключатель нагрева рабочего участка.

Рис. 6.6. Схема установки с системами электрического питания и

измерения.

Рабочий участок 1 представляет собой вертикальный стальной цилиндр с наружным диаметром D _нар.= 40 мм и длиной L = 1500 мм. Наружная поверхность цилиндра хромирована. На данной установке используются четыре вида газов, омывающих цилиндрическую поверхность: воздух, водород, азот и двуокись углерода. Выбор разновидности газа предусмотрен компьютерной программой эксперимента. Нагрев рабочего участка осуществляется посредством пропускания по нему переменного электрического тока низкого напряжения, который подводится к клеммам на концах трубы. Режимы нагрева плавно изменяются с помощью регулятора напряжения 7. Падение напряжения на концах цилиндра определяется по цифровому индикатору вольтметра 6. С целью предотвращения неконтролируемых тепловых потерь с торцов цилиндр закрыт тепловой изоляцией 2. Температура наружной поверхности трубы определяется посредством термоэлектрического термометра. В качестве датчиков температуры в нём используются хромель-копелевые термопары 3, которые устанавливаются в 10-ти точках вдоль вертикальной поверхности трубы на расстоянии l = 150 мм друг от друга. Термопары через многопозиционный переключатель 4 могут по очереди подключаться к прибору 5, регистрирующему термо-ЭДС подключаемой термопары. Значение температуры определяется с помощью градуировочной характеристики термопары (Приложение 2). Для измерения температуры и давления окружающей среды лаборатория должна быть оснащена термометром и барометром.

2. Порядок выполнения работы.

1. Включить установку в сеть и вступить в диалог с программой выполнения работы, заложенной в компьютер.

2. Задать род газа, омывающего цилиндрическую поверхность.

3. Включить тумблер 8 нагрева рабочего участка.

4. Плавно вращая регулятор нагрева 7, устанавливаются выбранный режим нагрева, что контролируется по цифровому индикатору вольтметра 6.

5. С помощью переключателя термопар 4 по регистрирующему прибору 5 определяются значения термо-ЭДС, развиваемой термопарами, установленными в соответствующих точках по высоте рабочего участка. Используя градуировочную характеристику хромель-копелевой термопары (Приложение 2), определяются значения температуры поверхности цилиндра в соответствующих точках.

6. Плавно вращая регулятор нагрева рабочего участка 7, устанавливаются последующие режимы. Измерения проводятся при стационарных тепловых режимах. Количество режимов должно быть не менее 3-х.

7. Измеряются давление и температура окружающей среды. Результаты всех измерений заносятся в таблицу 6.3.

8. После окончания измерений все регулирующие органы установки приводятся в исходное положение.

Таблица 6.3.

Барометрическое давление P₀ = _________ Па.

Температура окружающей среды t_f = _________ C.

№ режи- ма

U, В

Показания термопар

tw1

tw2

tw3

tw4

tw5

tw6

мВ

С

мВ

С

мВ

С

мВ

С

мВ

С

мВ

С

1

2

3

4

5

№ режи-ма

U, В

Показания термопар (продолжение)

Средняя температура стенки

tw7

tw8

tw9

tw10

tw, С

Tw, K

мВ

С

мВ

С

мВ

С

мВ

С

1

2

3

4

5