4.3. Порядок выполнения работы

1. Подать напряжение питания тумблером 6.

2. Включить нагрев стальной трубки кнопкой ВКЛ. При этом должна загореться неоновая лампочка синего свечения.

3. Проверить правильность установки штепселя в контактное гнездо трансформатора тока, соответствующее измеряемому току 50 А. В этом случае показание амперметра со шкалой 0…5А следует умножать на 10.

4. Поворотом ручки автотрансформатора 3 по ходу часовой стрелки выставить по амперметру 8 ток нагрева. Рекомендуется в первом опыте выставить ток нагрева 30А.

5. После установления стационарного режима теплоотдачи (примерно через 20 мин) выполнить измерения температур стенки трубки в 12 точках, температуры воздуха вдали от трубки, которая измеряется с помощью термопары градуировки ТХК (L). Для вывода этой температуры на дисплей прибора ТРМ1 (поз. 11 на рис. 8) переключатель термопар (поз. 10) необходимо установить в положение «0». Сила тока, протекающего по трубке, измеряется с помощью амперметра (поз. 8). Показание амперметра необходимо умножить на коэффициент трансформации трансформатора тока (поз. 5). Напряжение на трубке измеряется цифровым вольтметром 7. При этом кнопка, обозначающая вид напряжения (постоянное, переменное), должна находиться в нажатом положении. Также в нажатом положении должна быть кнопка «V». Верхний предел измерения вольтметра должен соответствовать 5 В.

Результаты измерений необходимо записать в протокол (табл. 4).

Рис. 8. Схема установки ТП-003:

1 - горизонтальная трубка; 2 - токопроводящие кронштейны; 3 - автотрансформатор; 4 - понижающий трансформатор; 5 - трансформатор тока; 6 - выключательпитания; 7 - цифровой вольтметр; 8 - амперметр; 9 - термопары; 10 - пакетный переключатель; 11 - микропроцессорный измеритель ТРМ1

Во втором опыте рекомендуется установить силу тока, равную 32 А, в третьем – 34 А, в четвертом – 36 А и в пятом опыте – 38А. Затем повторить выполнение пункта 5.

По окончании эксперимента выключить напряжение питания.

4.4. Обработка результатов эксперимента

Средняя температура стенки трубки определяется как среднее арифметическое по результатам измерений в 12 точках, расположенных по всей поверхности трубки

t_ср = (t₁ + t₂ + … + t₁₂) / 12 , С .

Полный тепловой поток от трубки в окружающую среду конвекцией и излучением

Q = U ∙ I , Вт .

Тепловой поток излучением между поверхностью трубки и поверхностью окружающих ее тел рассчитывается по формуле закона Стефана-Больцмана

Q_изл = ε ∙С₀ ∙ F_тр ∙ [(T_ср/100)⁴ - (T_в/100)⁴ ] , Вт .

При вычислениях интегральный коэффициент излучения ε принять равным 0,344, постоянную излучения С₀ = 5,67 м²∙К⁴/Вт. Боковая поверхность трубки F_тр = π ∙d ∙ℓ , м² .

Тепловой поток конвекцией

Q_к = Q - Q_и , Вт .

Коэффициенты теплопроводности, кинематической вязкости и величина критерия Прандтля для воздуха определяются по табличным значениям методом линейной интерполяции по формуле

Y = Y₀ + (Y₂ – Y₁) ∙ (X – X₁) / (X₂ – X₁) ,

где Y и X – искомый параметр и температура воздуха вдали от трубки t_в, Y_i и X_i – табличные значения параметра и температуры в узловых точках, расположенных между измеренной температурой воздуха.

Коэффициент объемного расширения воздуха определяется по формуле

β = 1 / (273,15 + t_в) , 1/К ,

критерий Грасгофа - по формуле (4.3). После чего вычисляются произведение критериев Грасгофа и Прандтля, искомый коэффициент теплоотдачи из формулы (4.1) и величина критерия Нуссельта по соотношению (4.2).

Затем экспериментальные значения аппроксимируются зависимостью (4.6). Коэффициенты n и С уравнения (4.6) определяются методом наименьших квадратов [9] по формулам

N N N

n = {[ Σ Ln (Gr_ж*Pr_ж)_i] ∙[ Σ Ln( Nu_iж ) ] – N ∙Σ [Ln (Gr_ж*Pr_ж)_i ∙Ln( Nu_iж ) ]}/

i=1 i=1 i=1

N N

/{[ Σ Ln (Gr_ж*Pr_ж)_i]² - N ∙ Σ [Ln (Gr_ж*Pr_ж)_i ]²} ,

i=1 i=1

N N

C = exp { [ Σ Ln( Nu_iж ) – n ∙ Σ Ln (Gr_ж*Pr_ж)_i] / N } .

i=1 i=1

Таблица 4