2. Схема экспериментальной установки и методика измерений

Лабораторная установка (рис.1) состоит из медной тонкостенной трубы 1 (рис.2), внешний диаметр которой равен 28 мм. Сверху на поверхности трубы по её длине расположены 5 термопар t₁…t₅ с интервалом 100 мм. Третья термопара t₃ находится в центре трубы, термопары t₁ и t₅ находятся на расстоянии 10 мм от концов трубы. Указанные термопары смонтированы в внутри трубы в верхних точках цилиндрической поверхности трубы. Термопара t₆ расположена снизу на середине трубы. На концах трубы находятся заглушки 2 из теплоизолирующего материала. Термопара t₇ измеряет температуру воздуха вблизи трубы.

В центре трубы находится электрический нагреватель 3, подключённый через образцовое сопротивление R_O к источнику переменного напряжения 12 (ЛАТР). Напряжение на нагревателе U_Н и падения напряжения на образцовом сопротивлении U_О измеряется вольтметром 5. Нагреватель 3 размещается в медном цилиндрическом термостате 11.

На передней панели модуля расположены гнёзда для подключения вольтметра, а также тумблер 6 для переключения вольтметра на измерение напряжения на нагревателе U_H и падения напряжения на образцовом сопротивлении U_O. Все термопары подключены к измерителю 7 температуры 2ТРМ0, через переключатель 8. Включение установки производится тумблером 9, включение нагревателя – тумблером 10. Установка необходимого напряжения на нагревателе и его регулирование производится ручкой 4 ЛАТРа.

3. Данные установки и таблица наблюдений

Внешний диаметр трубы d, мм 28

Длина трубы l, мм 420

Величина образцового сопротивления, Ом 0,1

Результаты наблюдений

№№ п/п	t1	t2	t3	t4	t5	t6	t7	UH, В	UO, В
1.
2.
3.
4.

4. Порядок обработки результатов наблюдений

1. Определяется:

- средняя температура поверхности цилиндра (t_с, С)

t_cт = (t₁ + t₂ + t₃ + t₄ + t₅ + t₆ )/6; (1)

- величина площади поверхности теплообмена (F, м²)

F = dl; (2)

- плотность теплового потока (Вт/ м²)

, (3)

где U_н – перепад напряжения на нагревателе, в; U₀ – перепад напряжения на образцовом сопротивлении, в; R₀ – образцовое сопротивление, Ом;

- экспериментальное значение коэффициента теплоотдачи на

поверхности цилиндра (Вт/(м²К))

, (4)

где t_ж = t₇.

2. Находится значение определяющей температуры воздуха (t_ср, С)

t_ср = 0,5(t_ст + t_ж). (5)

3. Строится график зависимости коэффициента теплоотдачи от средней температуры воздуха

 = f(t_cр), (6)

Контрольные вопросы

1. В чем заключается сущность процесса конвективного теплообмена?

2. С помощью какого закона определяется количество теплоты, отдаваемое поверхностью теплообмена потоку за время протекания процесса?

3. Какими факторами определяется интенсивность теплоотдачи? (Привести примеры диапазонов изменения коэффициента теплоотдачи в зависимости от этих факторов).

4. Почему введены понятия локального и среднего коэффициентов теплоотдачи?

7. Почему в уравнение подобия для описания теплоотдачи при свободной конвекции включены числа Грасгофа и Прандтля?