МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное АВТОНОМНОЕ образовательное учреждение ВЫСШЕГО образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Обнинский институт атомной энергетики – филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (ИАТЭ НИЯУ МИФИ)

Отделение Ядерной физики и технологий Лабораторная работа №5

Теплоотдача при вынужденном движении воздуха в трубе

Выполнил: студент гр. МН-БXX		Фамилия И.О.
Проверил: д.т.н. профессор (О)ЯФиТ		Чусов И.А.

Обнинск, 20XX г

1. Цель работы

Определить значения локальных и среднего коэффициента теплоотдачи при вынужденном течении воздуха в трубе и (по расчетным коэффициентам теплоотдачи для разных скоростей) найти эмпирическую зависимость критерия Нуссельта от числа Рейнольдса.

2. Теоретические основы

Конвективный теплообмен – это процесс теплообмена при движении жидкости или газа.

Конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью соприкасающихся с ним тела называется конвективной теплоотдачей. При конвективной теплоотдаче перенос тепла осуществляется одновременно конвекцией и теплопроводностью при перемещении макрочастиц (объемов) жидкости из области с одной температурой в область с другой температурой. При расчетах теплоотдачи используют закон Ньютона-Рихмана:

где t_c – температура поверхности тела, ºС

t_ж – температура жидкости, ºС

α – коэффициент теплоотдачи, Вт/м²К

Таким образом, коэффициент теплоотдачи есть плотность теплового потока на границе стенка – жидкость, отнесенная к разности температур омываемой поверхности и окружающей среды:

Коэффициент теплоотдачи зависит от большого числа параметров. В общем случае α является функцией формы и размеров тела, режимов течения, скорости и температуры жидкости, ее физических характеристик и других величин.

При изучении конвективного теплообмена различают свободную и вынужденную конвекцию. Вынужденное движение жидкости происходит под действием внешних сил (например, за счет работы насоса, вентилятора и т.д.).

Процесс конвективного теплообмена описывается системой дифференциальных уравнений неразрывности, движения жидкости и сохранения энергии с соответствующими условиями однозначности, зависящими от многих параметров.

Попытка аналитического и численного решения полной системы уравнений, описывающих конвективный теплообмен, наталкиваются на значительные трудности, поэтому первостепенное значение приобретает экспериментальный путь исследования. При решении задач вынужденной конвекции используют критерии подобия Нуссельта (Nu), Рейнольдса (Re) и Прандтля (Pr):

Для расчета числа Нуссельта при вынужденном течении жидкости можно использовать следующую зависимость:

Nu = C ∙ Reⁿ ∙ Pr^m,

где C, n и m – эмпирические коэффициенты, которые могут зависеть как от режима течения, так и от свойств самой жидкости.

Режим течения жидкости определяется числом Рейнольдса и зависит от него следующим образом:

Re < 2300	Ламинарный
2300< Re < 104	Переходный
Re > 104	Развитое турбулентное течение

В данной лабораторной работе на основе полученных экспериментальных данных требуется определить значения локальных и среднего коэффициента теплоотдачи при вынужденном течении воздуха в трубе и (по расчетным коэффициентам теплоотдачи для разных скоростей) найти эмпирическую зависимость критерия Нуссельта от числа Рейнольдса.