3. Схема лабораторної установки

Лабораторна установка складається з вентилятору 1, підігрівача повітря 2, в середині якого знаходиться електронагрівач 3, звужуючого пристрою 4 з диференційним манометром 9 для визначення витрати повітря, мідної робочої труби 5 з внутрішнім діаметром d_вн = 39 мм, вимикача 6 і потенціометра 7. Робоча довжина труби 5 l = 420 мм.

Рис. 6.1. Схема дослідної лабораторної установки

Вентилятор 1 нагнітає атмосферне повітря в підігрівач. За рахунок теплоти, яка виділяється при проходженні струму по електронагрівачу 3, повітря нагрівається, його температура контролюється термометром 8. Величина температури регулюється лабораторним автотрансформатором ЛАТР та амперметром і вольтметром. Нагріте повітря проходить через діафрагму 4. Перепад тисків h на діафрагмі вимірюється диференційним манометром 9. Після діафрагми повітря надходить на робочу частину мідної труби 5, на якій встановлено пять термопар 10, зєднаних через перемикач з показуючим потенціометром 7. Дві термопари вимірюють температуру повітря на вході і виході з робочої ділянки. Інші три вимірюють температуру стінки труби. Витрату повітря регулюють за допомогою вентиля 11.

4. Порядок проведення дослідів

4.1. Включається вентилятор 1.

4.2. Ручкою ЛАТРа встановлюється певна сила струму на електронагрівачі, яка задається викладачем. Величина її контролюється по амперметру.

4.3. Вентилем 11 встановлюється перепад тисків на дифманометрі h₁, який відповідає певній витраті і швидкості повітря. Величина h₁ контролюється по дифманометру 9.

4.4. При встановлених умовах установка працює на протязі 10-15 хвилин. За цей час вона виходить на стаціонарний режим роботи.

4.5. Після виходу на стаціонарний режим роботи записують: напругу - U, силу струму I, перепад тисків на дифманометрі h_1, температури повітря на вході і виході з труби t_вх., t_вих, три значення температури стінки t_с1, t_с2, t_с3.

4.6. Вентилем 11 встановлюється нове значення перепаду тисків h₂ і дослід повторюється. Загальна кількість дослідів - три. Рекомендовані значення h: h₁ = 70 мм вод.ст., h₂ = 90 мм.вод.ст., h₃ - 110 мм.вод.ст.

5. Обробка результатів вимірювання

5.1. Результати дослідів заносяться у табл. 5.1.

Т а б л и ц я 5.1.

Номер досліду	U, B	I, A	h мм.вод.ст	Температура повітря		Температура стінки
				На вході tвх. оС	На виході tвих. оС	tс1, оС	tс2, оС	tс3, оС
1
2
3

5.2.Для кожного досліду проводяться такі розрахунки:

5.2.1. Кількість теплоти, яку віддає гаряче повітря внутрішній стінці труби, кВт,

Q = G^. с_pm(t_вх - t_вих.)

Масова витрата повітря, кг/с,

G = V^.,

де V - обємна витрата повітря, м³/с, визначаться по графіку V=f(h).

 - густина повітря, кг/м³, визначається по графіку  = f(t_п), де t_п - середньоарифметична температура повітря у трубі, її називають визначальною температурою, t_п = 0,5(t_вх+t_вих).

с_mp - середня мaсова ізобарна теплоємність, Дж/(кгК), для умов проведених дослідів приймають с_mp = 1,005 кДж/(кгK)

5.2.2. Поверхня теплообміну труби, м²

F =  ^. d_вн,^.l.

5.2.3. Середня температура стінки труби

5.2.4. Коефіцієнт тепловіддачі від гарячого повітря до внутрішньої поверхні труби, Вт/м² K

5.2.5. По таблиці властивостей повітря при середній температурі t_n визначаються теплофізичні параметри повітря: коефіцієнт теплопровідності - , Вт/(мK), коефіцієнт кінематичної вязкості -  м²/с, число Прандтля – Рr. Число Прандтля визначається при температурі повітря t_n- Рr_р і при температурі стінки t_с - Рr_с.

5.2.6. Швидкість повітря у трубі, м/с

5.2.7. Критерій Нуссельта:

5.2.8. Критерій Рейнольдса:

5.2.9. Складаємо таблицю розрахункових величин 5.2.

Т а б л и ц я 5.2.

Номер досліду

V

_ tn



G

_ Q

tс



Теплофізичні властивості повітря

Nu

Re





Рrр

Рrс

(Рrр/ Рrс) 0,25

Одиниця вимірю-вання

м3/с

оС

кг/м3

кг/с

кВт

оС

Вт м2К

Вт мК

м2 с

-

-

-

-

-

Дослід № 1

Дослід № 2

Дослід № 3

5.3. Відношення чисел Прандтля для повітря мало змінюється в залежності від температури, воно близьке до одиниці і тому випадає з критеріального рівняння.

В логарифмічних координатах будується залежність Nu=f(Re)_. Логарифмічні координати наводяться нижче.

За допомогою транспортира, або по відношенню катетів визначаємо тангенс кута нахилу прямої, яка показує залежність Nu = f (Re). Значення тангенсу є показник степені при визначеному критерії Рейнольдса

n = tg _.

Для довільно вибраної точки на прямій графіка визначаємо числа Nu і Re. Розрахуємо постійний коефіцієнт с критеріального рівняння

5.4. Складаємо критеріальне рівняння

Nu = С R_eⁿ

Порівнюємо це рівняння з рівнянням (6.13) і відмічаємо розбіжності.

5.5. Логарифмічні координати.

5.6. Будується графік залежності  = f ()