Контрольные вопросы для защиты работы

Основные:

1. Какой физический смысл имеет коэффициент температуропроводности?

2. Был ли в ходе проведения эксперимента достигнут регулярныйтепловой режим? Обоснуйте ответ.

3. С какой целью проводится измерение температуры в двух точкахкаждого образца?

4. Перечислите погрешности, связанные с неидеальностью реализацииметода. Назовите наиболее существенные из них.

5. Перечислите инструментальные погрешности, присущие даннойэкспериментальной установке. Назовите наиболее существенные из них.

Дополнительные:

6. Перечислите погрешности метода определения коэффициента теплопроводности. Назовите наиболее существенные из них.

7. Оцените влияние неизотермичности калориметров №2 и №3 на определяемую теплоемкость образца.

8. Сравните теоретическую оценку (12) отклонения временной зависимости температуры от кривой регулярного режима с экспериментальной кривой.

9. Возможно ли снизить погрешность, связанную с влиянием высшихгармоник температурного поля?

10. Возможно ли снизить погрешность, связанную с неизотермичностью калориметров №2 и №3?

Лабораторная работа 3. Исследование естественно-конвективной теплоотдачиот неоребренной и оребренной трубы круглого сечения

Цель работы: изучениепроцесса сопряженного теплообмена междудвумя средами, разделенными твердой стенкой, при естественной и вынужденной конвекции.

Задачи работы: освоение методики определения мощности теплоотдачи по расходу жидкости и перепаду температур; определение коэффициентовтеплоотдачи; оценка эффективности оребрения и сравнение теоретическогозначения эффективности с экспериментальным.

1. Теоретические сведения

При передаче тепла через цилиндрическую стенку величина линейныхтермических сопротивлений теплоотдачи 1/α₁d₁ и 1/α₂d₂ определяется нетолько величиной коэффициентов теплоотдачи, но и размерами самих поверхностей. Отсюда следует, что если значение коэффициента теплоотдачимало, то термическое сопротивление теплоотдачи можно уменьшить путемувеличения соответствующей поверхности. Например, для плоской стенкиодну из ее поверхностей можно увеличить путем оребрения. Последнее обстоятельство и положено в основу интенсификации теплопередачи за счеторебрения. При этом тепловые сопротивления станут обратно пропорциональны произведению коэффициента теплоотдачи на площадь поверхности.

Если коэффициенты теплоотдачи существенно различны, α₁<< α₂ , тооребрять поверхность со стороны α₁ следует до тех пор, пока α₁F₁ не достигнет значения α₂F₂ . Дальнейшее увеличение площади поверхности с этойстороны нецелесообразно. Ребристые поверхности изготавливаются или ввиде сплошных отливок, или отдельных ребер, прикрепленных к поверхности. В поперечном сечении ребра могут иметь профиль самой различнойгеометрической конфигурации (прямоугольник, круг, треугольник и другиефигуры, в том числе неправильной геометрической формы).

Рассмотрим передачу тепла по ребру, имеющему форму кольца(рис. 4). Пусть на внутренней стороне кольца задана температура, на всей остальной поверхности действует закон теплоотдачи с постоянным значениемкоэффициента теплоотдачи. Закон Фурье следует записать для цилиндрической системы координат. Считая ребро тонким, будем полагать, что температура меняется только по радиусу. Теплоотдача в такойпостановке будет играть роль источника в уравнении теплопроводности. В результате рассмотрения получим следующее дифференциальное уравнение для избыточнойтемпературы:

где m²= 2α/(λh); α – коэффициент теплоотдачи; λ – коэффициент теплопроводности металла; h – толщина ребра.

Данное дифференциальное уравнение представляет собой одну изформ модифицированного уравнения Бесселя, общим решением для которогослужит функция вида

ϑ =C₁I₀(mr) +C₂K₀(mr) .

Рис. 4. Постановка задачи распространения тепла в кольцевом ребре

ПостоянныеC₁, C₂ находим из граничных условий

в результате получаем решение:

Рассеянный с поверхности кольцевого ребра тепловой поток определяется по закону Ньютона – Рихмана:

Тепловой поток, рассеиваемый с поверхности кольцевого ребра, когда

температура его всюду равна температуре основания (идеальное ребро), под

считывается по формуле , тогда эффективность кольцевого ребра прямоугольного профиля

(8)

Уменьшение параметра mR₁ (что равносильно увеличению теплопроводности, толщины ребра, уменьшению радиуса трубы и коэффициента теплоотдачи) влечет за собой увеличение эффективности.