6.6. Устройство и принцип действия лабораторной установки

Горизонтальная трубка, нагреваемая электрическим током, рассмотренная в лабораторной работе «Исследование теплоотдачи при свободной конвекции», передает теплоту в окружающую среду не только конвекцией, но и тепловым излучением.

В настоящей лабораторной работе исследуется тепловой поток излучением. Часть теплоты, передаваемая трубкой в окружающую среду конвекцией, здесь рассматривается в качестве потери теплоты. Числовые значения этих потерь для аналогичных режимов нагрева трубки следует взять из протокола результатов измерений и расчетов лабораторной работы (табл. 4, строка 23).

Эксперимент выполняется на установке ТП-003, устройство и принцип действия которой описаны в разделе 4. Схема установки изображена на рис. 8.

6.7. Порядок выполнения работы

1. Подать напряжение питания тумблером 6 (см. рис.8).

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. 7).

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.

6.8. 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 излучением и конвекцией

Q = U ∙ I , Вт ,

где U – показание вольтметра, В, I – сила тока, протекающего через трубку, А (с учетом коэффициента трансформации).

Тепловой поток излучением

Q_изл = Q – Q_к , Вт ,

где Q_к - потери теплоты конвекцией.

Интегральный коэффициент излучения стальной трубки рассчитывается из формулы закона Стефана-Больцмана

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

При вычислении ε постоянную излучения принять равной С₀ = 5,67 м²∙К⁴/Вт. Боковую поверхность трубки определить по формуле

F_тр = π ∙d ∙ℓ , м² ,

где d – наружный диаметр трубки, м, ℓ - ее длина, м. Средние температуры стенки трубки и воздуха вдали от трубки

T_ср = t_ср + 273,15 , K ,

Т_в = t_в + 273,15 , К.

Результаты расчетов записываются в протокол (табл. 7). По результатам эксперимента определяется среднее арифметическое значение интегрального коэффициента излучения стальной трубы ε.

Таблица 7