4.2. Устройство и принцип действия лабораторной установки

Установка ТП-003 состоит из типового лабораторного стола, на котором установлены рабочий элемент, блоки регулирования мощности и измерения температуры.

Объектом исследования является рабочий элемент в виде горизонтальной цилиндрической трубки из нержавеющей стали с наружным диаметром  23 мм и длиной 0,87 м. Трубка включена в цепь нагрузки понижающего трансформатора. На всей поверхности трубки высверлены отверстия диаметром 0,5 мм, в которых запаяны рабочие спаи 12 хромель-копелевых термопар градуировки ТХК. Термоэлектрические провода в поливинилхлоридной изоляции уложены внутри трубки и соединены с блоком измерения температур через пакетный переключатель. В качестве вторичного показывающего прибора используется микропроцессорный измеритель ТРМ1. В процессе измерений прибором автоматически вводится поправка на отклонение температуры свободных концов от 0 С.

На лабораторном столе трубка закреплена при помощи медных кронштейнов, установленных на стойках из диэлектрика. Кронштейны одновременно выполняют функцию токопроводов. Электрический ме-

тод нагрева трубки обеспечивает постоянство плотности теплового потока по всей площади ее боковой поверхности и делает измерительный участок малоинерционным.

Регулирование электрической мощности, выделяемой в трубке, осуществляется с помощью блока мощности. Для этого используется лабораторный автотрансформатор, установленный в цепи высокого напряжения понижающего трансформатора. При этом в низковольтной цепи нагрузки обеспечивается достаточно большой ток. Блок мощности позволяет изменять плотность теплового потока на теплоотдающей поверхности трубки в широком диапазоне. Мощность тока измеряется с помощью вольтметра и амперметра. В низковольтной цепи используется трансформатор тока с коэффициентом трансформации, равным 10. Рабочие диапазоны параметров следующие: I_ = 0 … 50 A, U_ = 0 … 2,5 B .

Таблица 3

Значения коэффициентов с, n и ε

№п/п	Вид поверхности	Условия теплоотдачи	Grж ∙Prж	С	N	ε
1	Горизонтальная стенка	Стенку омывает нагреваемая жидкость сверху или охлаждаемая жидкость снизу	105… 2∙107	0,54	0,25	1
			2∙107… 3∙1010	0,14	0,33	1
		Стенку омывает нагреваемая жидкость снизу или охлаждаемая жидкость сверху	3∙105… 3∙1010	0,27	0,25	1
2	Горизонтальная труба	---	10-3… 0,5∙103	1,18	0,125	1
			103…108	0,5	0,25	(Prж/ Prс)0,25
3	Вертикальная пластина или труба	Ламинарный режим, qc=const,	103…108	0,75	0,25	(Prж/ Prс)0,25
		Ламинарный режим, Tc= const	103…109	0.7	0,25	(Prж/ Prс)0,25
		Турбулентный режим	109 Pr0,7	0,15	0,33	(Prж/ Prс)0,25

Характер свободного движения воздуха около горячих горизонтальных труб малого и большого диаметров представлен на рис. 7.

Рис. 7. Характер свободного движения воздуха около горизонтальных труб

В нижней части нагретых трубок наблюдается ламинарное движение с постепенно увеличивающейся толщиной пограничного слоя. На некотором расстоянии от верхней поверхности пограничный слой начинает разрушаться. У труб малого диаметра восходящий поток сохраняет ламинарный режим течения даже вдали от трубы. У труб большого диметра разрушение ламинарного течения может наблюдаться уже на верхней части поверхности трубы.

Схема установки представлена на рис. 8.

В процессе эксперимента должна вводиться поправка на теплоту, передаваемую стальной трубкой в окружающую среду за счет теплового излучения.