Лабораторна робота №1

Лабораторна робота № 2

Визначення коефіцієнта конвекційної тепловіддачі при вільному русі повітря

Мета роботи: Закріплення знань з основ теорії теплообміну конвекцією, формування вмінь дослідження процесу тепловіддачі конвекцією та розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі.

Обладнання: стенд, потенціометр, секундомір.

Література: Л[1] стор.137...138,144..148,150...151, Л[2]стор.208...215,

Л[3]стор79...83, 87...89,198...199.

2.1 Загальні відомості

Основним законом тепловіддачі конвекцією є закон Ньютона-Рихмана

, Вт/м² (2.1)

де α – коефіцієнт тепловіддачі від поверхні (стінки) до повітря, Вт/м²·К;

t_s, t_f – відповідно температури поверхні та газу або рідини, ⁰С.

Внаслідок значних складностей по визначенню коефіцієнта аналітичними методами його визначають експериментально. З метою узагальнення результатів дослідів використовується теорія подібності, відповідно до якої в подібних явищах рівні критерії подібності – безрозмірні комплекси. Критерії подібності поєднують певні величини, які характеризують явище, яке розглядається. Математичний вираз критеріїв досягається приведенням диференціальних рівнянь, які описують процес до безрозмірного виду. Найбільш використовуваними критеріями в теплотехніці є:

а) Критерій Рейнольдса – це критерій гідродинамічної подібності, він характеризує співвідношення між силами інерції та тертя (силами в’язкості) в потоці

(2.2)

де υ – середня швидкість потоку, м/с;

ν – кінематична в’язкість рідини (газу) , м² /с

d - визначальний розмір, м

б) Критерій Нусельта – безрозмірний коефіцієнт теплообміну конвенцією

(2.3)

де λ – коефіцієнт теплопровідності рідини (газу) в пристінному шарі, Вт/м К.

в) Критерій Грасгофа – характеризує ефективність підйомної сили при вільній конвекції

(2.3)

де β – коефіцієнт об’ємного розширення (для газів β=1/Т), 1/К;

∆t – різниця температур між поверхнею та рідиною (газом), К

г) Критерій Прандтля – характеризує теплофізичні властивості рідини

(2.5)

де a – коефіцієнт температуропроводності

a=λ/с , м² /с (2.6)

В теорії теплообміну також використовується критерії Паскаля(Ра), Біо(Ві), Фур’є ( Fо) та інші.

У відповідності до теорії подібності, в подібних процесах теплообміну повинні бути рівними критерії Нусельта (Nu). Таким чином, для визначення коефіцієнта тепловіддачі слід визначити критерій Nu. Останній розраховується через критерії, які є визначальними для даного типу теплообміну.

Так для вимушеного руху рідини та газів це критерії Рейнольдса (Re) і Прандтля (Pr), тобто

. (2.7)

Для напірного руху в трубах така залежність має вигляд:

. (2.8)

В умовах тепловіддачі при вільному русі рідини

. (2.9)

Для горизонтальної трубки

, (2.10)

при Gr Pr від 10³ до 10⁸

Слід пам’ятати, що критеріальні залежності визначені мають певні межі використання та особливості розрахунку і визначення певних величин. Теплофізичні властивості визначаються при середній температурі пристінного шару, тобто при

. (2.11)