3. Схема лабораторної установки

Лабораторна установка складається з вентилятора 1, пiдiгрiвача повiтря 2, всерединi якого знаходиться електронагрiвач 3, звужуючого пристрою 4 з диференцiйним манометром 9, мiдної робочої труби 5, вимикача 6 i потенцiометра 7. Робоча довжина труби L = 420 мм, зовнiшнiй дiаметр d₃ = 42 мм.

Рис. 10.1. Схема дослідної лабораторної установки

Вентилятор 1 нагнiтає атмосферне повiтря в пiдiгрiвач 2. За рахунок теплоти, яка видiляється при проходженні струму по електронагрiвачу 3, повiтря нагрiвається, його температура контролюється термометром 8. Величина температури регулюється лабораторним автотрансформатором ЛАТР та амперметром i вольтметром. Нагрiте повiтря проходить через дiафрагму 4. Перепад тискiв h на дiафрагмi вимiрюється диференцiйним манометром 9. Пiсля дiафрагми повiтря проходить через робочу частину мiдної труби, на якiй встановлено пять термопар 10, зєднаних через перемикач 6 з показуючим потенцiометром 7. Двi термопари вимiрюють температуру повiтря на входi i виходi з робочої дiлянки. Iншi три вимiрюють температуру стiнки труби. Витрату повiтря регулюють за допомогою вентиля 11.

4. Порядок проведення дослiдiв

4.1. Включається вентилятор 1.

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

4.3. Вентилем 11 встановлюється перепад тискiв на дифма-нометрi h. Цiй величинi вiдповiдає певна витрата повiтря.

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

4.5. Пiсля виходу на стацiонарний режим роботи записують: напругу - U, силу струму - I, перепад тискiв на дифманометрi h, температури повiтря на входi i виходi з труби t_вx, t_вих, три значення температури стiнки - t_с1, t_с2, t_с3, температуру навколишнього середовища - t_н.

4.6. Ручкою ЛАТРу встановлюється нове значення сили струму i при незмiнному h дослiд повторюється. Загальна кiлькiсть дослiдiв - три.

5. Обробка результатiв вимiрювання

5.1. Результати дослiдiв заносяться у табл. 10.1.

5.2. Для кожного дослiду проводяться такi розрахунки:

5.2.1. Кiлькiсть теплоти, яку вiддає зовнiшня поверхня труби навколишньому повiтрю, визначається через рiвняння теплового балансу, кВт

Q = G ^. с_рm (t_вх - t_вих).

Т а б л и ц я 10.1.

Номер досліду	U, В	І, А	 h, мм.вод.ст	Температура повітря		Температура стінки			tн
				На вході tвх,оС	На виході tвих,оС	tс1 оС	tс2 оС	tс3 оС
1
2
3

Масова витрата повiтря, кг/с

G = V ^. ,

де V- обємна витрата повiтря, м³/с, визначається по графiку V=f(h);

 - густина повiтря, кг/м³, визначається по графіку =f(t_n), де t_п-середньоарифметична температура повiтря у трубi,

t_n=0,5(t_вх+t_вих);

с_рm - середня масова iзобарна теплоємнiсть, Дж/(кгс), для умов проведених дослiдiв приймають с_рm= 1,005 кДж/(кгK).

5.2.2. Поверхня теплообмiну труби, м².

F =  ^. d_н ^. l.

5.2.3. Середня температура стiнки труби

5.2.4. Коефiцiєнт тепловiддачi вiд зовнiшньої поверхнi стiнки труби до навколишнього повiтря при t_п = t_н, Вт/(м²К)

5.2.5. По таблицi властивостей повiтря при температурi навколишнього середовища t_н, визначаємо теплофiзичнi параметри повiтря: коефiцiєнт теплопровідності -, Вт/(мК), коефiцiєнт кiнематичної вязкостi - , м²/с, число Прандтля - Рг, визначається коефiцiєнт температурного розширення  =1/Т_н. Число Прандтля визначається при температурi навколишнього середовища t_н i температурi стiнки t_с.

5.2.6. Розраховуються критерiї Нуссельта i добуток, Грасгофа на Прандтль

5.2.7 Визначаємо режим руху повiтря бiля труби по значенню (Gг^.Рг).

5.2.8.Складаємо таблицю розрахункових величин 10.2.

Т а б л и ц я 10.2.

Но- мер досліду

V

tn



G

Q

_ tc

tн



Теплофізичні властивості повітря

Nu

GгPг





Pгр

Pгс

(Pгр/Pгс)0,25

Один. вимір.

м3/с

оС

кг/м3

кг/с

кВт

оС

оС

Вт м2К

Вт мК

м2/с

-

-

-

-

-

1

2

3

5.3. В логарифмiчних координатах будується залежнiсть Nu=f(Gг^.Рг). За допомогою транспортира, або по вiдношенню катетiв визначаємо тангенс кута нахилу прямої, яка показує залежнiсть Nu = f(Gг ^. Рг). Значення тангенсу є показником степеню при добутку критерiїв

n = tg .

Для довiльно вибраної точки на прямiй графiку визначаємо число Nu i добуток (Gр^.Рг). Визначаємо постiйний коефiцiєнт критерiального рiвняння

5.4. Складаємо критерiальне рiвняння

Nu = C (Gг ^. Рг)ⁿ.

З отриманого рiвняння виведене вiдношення (Рг_р/Рг_с), оскiльки воно близьке до одиницi.

Порiвнюємо отримане рiвняння з рiвнянням (10.1) або (10.2) i вiдмiчаємо розбiжностi.

5.5. Логарифмiчнi координати.