3. Описание экспериментальной установки

Рабочий участок установки представляет собой трубу 1 из нержавеющей стали длиной 730 мм с внешним диаметром 9 мм и толщиной стенки 0,5 мм. Один конец трубки соединен с атмосферой, а другой - с центробежным вентилятором.

Опоры 2, 3, в которых закреплена труба, изготовлены из текстолита. Они тепло- и электроизолируют трубу 1 от остальных элементов конструкции. На концах рабочего участка припаяны медные шайбы, к которым через автотрансформатор подводится электрический ток для нагрева стенки трубки.

Температура стенки определяется с помощью термопар (t₂, t₃,… t₁₁). Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду поверхность рабочего участка теплоизолирована асбестовым шнуром.

В таблице приведены координаты горячих спаев термопар и длины соответствующих участков:

i	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
xi, мм	25	45	85	155	250	370	490	610	695	715
Li, мм	25	30	55	82,5	107,5	120	120	102,5	52,5	25

i - номер термопары, x_i - текущая координата горячего спая термопары, L_i - длина соответствующего участка трубы.

Общий вид установки:

1. рабочий участок; 7. регулятор мощности;

2. Тумблер включения установки в сеть; 8. блок мощности;

3. сигнальная лампочка; 9. блок измерения температур;

4. Цифровое табло блока мощности; 10. Переключатель термопар;

5. ЛАТР; 11. Универсальный вольтметр;

6. включение нагрева; 12. Дифманометр.

4. Таблица результатов

№	U, B	I, A	Δl мм.	t1ºС	t2 ºС	t3 ºС	t4 ºС	t5 ºС	t6 ºС	t7 ºС	t8 ºС	t10 ºС	t11 ºС	Δt ºС
1	0.56	0.78	117	24.4	26.1	30.3	34.4	35.2	38.7	39.4	40.3	48.8	51.8	10.0
				24.4	26.2	30.3	34.4	35.3	38.6	39.3	40.3	48.9	51.8	10.0
2			195	24.4	25.0	28.5	29.4	30.1	33.1	33.6	34.3	41.6	44.2	5.2
				24.5	25.1	28.5	29.4	30.2	33.2	33.7	34.3	41.7	44.2	5.2

5. Обработка результатов измерений:

1. Находим среднюю температуру воздуха:

2. Определяем среднюю температуру стенки трубы:

3. Рассчитаем среднюю скорость воздуха:

,

где ξ = 0,96

_возд = 1,165 кг/м³ при

;

k = 0.2

g = 9.81 м/с²

кг/м³

4. Рассчитаем энерговыделение на рабочем участке:

5. Определяем потери тепла с наружной поверхности:

6. Вычисляем значения температурного напора в сечениях трубки с координатой x_i:

№	t3	t4	t5	t6	t7	t8	t10
1	5.3	8.8	8.7	10.8	9.9	9.2	14.9
2	3.7	4.3	4.6	6.9	6.6	6.4	12.2

7. Локальные значения коэффициентов теплоотдачи:

№	3 Вт/м2К	4 Вт/м2К	5 Вт/м2К	6 Вт/м2К	7 Вт/м2К	8 Вт/м2К	10 Вт/м2К
1	154.5	92.4	93.5	75.4	82.6	88.9	54.7
2	232.1	199.2	188.3	125.1	131.8	136.1	70.7

8. Подсчитаем среднее значение коэффициента теплоотдачи:

9. Число Рейнольдса:

10. По полученному среднему значению коэффициента теплоотдачи определим среднее значение критерия Нуссельта:

11. По рассчитанным для различных режимов критериям Re и Nu построим график зависимости в логарифмических координатах:

№	lg(Nu)	lg(Re)
1	1.4133±0.016	3.800±0.020
2	1.6263±0.013	4.064±0.017

Из графика получим коэффициенты: n = 0,81

Следовательно:

6. Вывод:

Полученная зависимость в большой степени точности совпадает с эмперической формулой для расчета числа Нуссельта при течении воздуха в трубе . , где – поправка на длину трубы, равная 1 в нашем случае при l/d = 91.25.