2. Сложный теплообмен

В действительных условиях работы различных теплообменных устройств теплота передается одновременно теплопроводностью, конвекцией и излучением.

От наружной поверхности изоляционного слоя данной установки теплота передается одновременно конвекцией и излучением, т.е.

(3.14)

Лучистый поток от поверхности изоляционного материала в окружающую среду может быть вычислен по формуле

(3.15)

Тогда конвективная составляющая теплового потока определится из (3.14) как разность , а коэффициент конвективной теплоотдачи из уравнения Ньютона - Рихмана:

(3.15)

3. Лабораторная установка

В качестве примера проведения эксперимента по методу трубы представим следующую установку. Лабораторная установка (рис. 3) состоит из горизонтальной стальной трубы 1, покрытой слоем изоляционного материала 2, термопар 7 и 8 , трансформатора (ЛАТР) 5, вольтметра 6 и электронагревателя 4. Торцы труб закрыты гипсовыми заглушками 3, предотвращающими искажение температурного поля из-за боковой утечки тепла.

Горизонтальная труба имеет длину L 0,33 м. Цилиндрический слой изоляционного материала имеет наружный диаметр d_н, м. Электронагреватель в виде ТЭНа смонтирован внутри трубы. Равномерный нагрев создается электрическим нагревателем 4, мощность которого регулируется лабораторным автотрансформатором 5 и измеряется вольтметром 6. Температура исследуемого материала измеряется с помощью термопар 7 и 8. Наружная средняя температура замеряется при помощи термопар, горячие спаи которых соответственно расположены снаружи изоляционного слоя, а холодные вынесены на клеммы милливольтметра. Термопары подключены к милливольтметру посредством переключателя. Таблица размеров d_вн, d_н, L экспериментального участка вывешена около лабораторной установки.

Рисунок 3 - Схема лабораторной установки

3. Результаты эксперимента

Данные, получаемые в результате эксперимента, представлены в табл.1.

Таблица 1

Номер опыта	Мощность W, Вт	ЭДС наружной поверхности с поправкой на холодный спай Е2+ΔЕ, мВ	Температура наружной поверхности трубы t2, оС	Температура окружающей среды (воздуха) t возд, °С
1
2
3

3. Обработка опытных данных

Обработка опытных данных для каждого режима ведется в следующей последовательности.

1. Тепловой поток, Вт

2. Геометрические размеры установки, м:

внешний диаметр d_н = 0,054;

длина экспериментального участка L =0,6;

внутренний диаметр d_вн=0,042.

3. Тепловой поток от наружной поверхности изоляции в окружающую среду излучением, Вт

4. Тепловой поток от внешней поверхности изоляции в окружающую среду естественной конвекцией, Вт

5. Коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/(м²·К)

6. Теплофизические свойства воздуха, входящие в числа подобия из приложения 1:

   коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м ·К)	λвозд=
   кинематический коэффициент вязкости, м2 /с	vвозд=
   коэффициент объемного расширения воздуха, 1/К
   ускорение свободного падения, м/с2	g = 9,8

7. Критерий Нуссельта (в числах подобия 1 - определяющий размер, 1 = d_н - для горизонтальной трубы)

8. Критерий Грасгофа

9. Построение графической зависимости (рис. 2).

10. Показатель n

11. Постоянная С

12. Критериальное уравнение в явном виде