5.3. Устройство и принцип действия лабораторной установки
Установка состоит из типового лабораторного стола, на котором установлены рабочий элемент, блоки регулирования мощности нагрева, измерения температур и регулирования скорости воздуха в рабочем элементе.
Объектом исследования является рабочий элемент в виде тонкостенной трубки из нержавеющей стали с внутренним диаметром 8 мм и длиной 0,7 м. Трубка включена в цепь нагрузки понижающего трансформатора. На наружной поверхности трубки припаяны рабочие спаи 9 хромель-копелевых термопар градуировки ТХК(L). Дополнительно установлены две аналогичные термопары для измерения температуры воздуха на входе и выходе из трубки. Термоэлектрические провода 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 стоек, выполненных из изоляционного материала. К концам ее подведены токопроводы. Электрический метод 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 = 30…38 A, U = 0 … 2,2 B .
Схема установки представлена на рис. 11.
5.4. Порядок выполнения работы
Подать напряжение питания на стенд кнопкой ВКЛ. При этом должна загореться неоновая лампочка синего свечения.
Подать напряжение питания на блок регулирования скорости движения воздуха в трубке тумблером 6-2.
Ручкой автотрансформатора 3-2 выставить заданную преподавателем скорость движения воздуха в трубке.
4. Проверить правильность установки штепселя в контактное гнездо трансформатора тока, которое должно соответствовать току 50 А. В этом случае показание амперметра со шкалой 0…5 А следует умножать на 10.
Рис. 11. Схема установки для исследования вынужденной конвекции:
1 - стальная трубка; 2 - термоэлектрические термометры; 3-1 - автотрансформатор блока нагрева трубки; 3-2 - автотрансформатор блока регулирования скорости движения воздуха в трубке; 4 - цифровой вольтметр; 5 - амперметр; 6 - пакетный переключатель; 7 - микропроцессорный измеритель ТРМ1; 8 - вентилятор
5. Тумблером 6-1 подать напряжение питания на блок нагрева трубки электрическим током. Поворотом ручки автотрансформатора 3-1 по ходу часовой стрелки выставить по амперметру 8 ток нагрева в первом опыте, равный 30 А.
6. После установления стационарного режима теплоотдачи (примерно через 10 мин) выполнить измерения температур стенки трубки в 9 точках, температуры воздуха на входе и выходе из трубки, силы тока и напряжение на трубке.
Температуры воздуха на входе и выходе из трубки соответствуют положениям пакетного переключателя, равным «0» и «10», соответственно.
Для вывода температур стенки трубки на дисплей прибора ТРМ1, переключатель термопар необходимо последовательно устанавливать в положения «1»…«10».
Сила тока, протекающего по трубке, измеряется с помощью амперметра. Показание его необходимо умножить на коэффициент трансформации трансформатора тока. Напряжение на трубке измеряется стрелочным вольтметром.
Результаты измерений необходимо записать в протокол (табл. 6).
Во втором опыте рекомендуется установить силу тока, равную 32 А, в третьем – 34 А, в четвертом – 36 А и в пятом опыте – 38 А. Затем повторить выполнение пункта 6.
По окончании эксперимента выключить напряжение питания.