1424

Контрольные вопросы

1.

Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как она

достигается?

2.

Назовите основные узлы экспериментальной установки и укажи-

те их назначение.

С

3.

Какими методами измеряется температура в данной работе?

4.

Как измеряется и регулируется расход воздуха в данной работе?

5.

По как м пр знакам можно судить о стационарном режиме теп-

лообмена с окружающей средой?

ки

6.

Как осуществляется выбор контрольной оболочки рассматри-

ваемой термод нам ческой системы?

7.

Дайте формул ровку математическое выражение уравнения

первого закона термод намики, используемого для решения задачи

бА

данного опыта.

8.

Укаж те спосо ы определения величин, входящих в уравнение 1-

го закона термод нам , используемого для решения задачи данного

опыта, с полным о основанием используемых расчетных формул.

9.

Как е существуют методы и приборы для измерения температу-

ры, давления и расхода?

10.

Как определяется плотность воздуха в условиях лабораторной

установки?

11.

Какие виды конвекции существуют, в чем их различие?

12.

В чем сущность "Теории подобия" и как с ее помощью опреде-

ляются коэффициенты теплоотдачи?

13.

Как составляются критериальные уравнения?

14.

Составьте в общем виде критериальные уравнения для вынуж-

денной и свободной (естественной) конвекции.

15.

И

Каков физический смысл критериев подобия, входящих в урав-

нение для свободной конвекции?Д

16.

Каков физический смысл критериев подобия, входящих в урав-

нение для вынужденной конвекции?

17.

Что такое "определяемый" и "определяющий" критерий?

18.

Как выбирается определяющий (характерный) размер и опреде-

локонообразные массы, появляются искривленные струйки, которые

далее дробятся на более мелкие, и восходящий поток воздуха приоб-

ретает турбулентный характер с ламинарным пристенным подслоем.

С

. 3.1 является хорошей иллюстрацией развития и перехода лами-

нарного течен

я в тур улентное.

Рис

х

х

III

Рис. 3.1. Характер дв жен я

и изменен е

коэфф ц ента

II

теплоотдачи

при

сво одной

конвекции вдоль

вертикаль-

h

ной поверхности (а) и у вер-

тикального цилиндра оль-

I

шой высоты (б)

бА

aХ

aХ

y

а)

б)

Экспериментально коэффициентДтеплоотдачи может быть опреде-

лен из основного уравнения теплоотдачи Ньютона–Рихмана:

Q

,

И

F t

где Q – мощность теплового потока, передаваемого свободной кон-

векцией в окружающую среду;

F – теплопередающая поверхность;

Для горизонтальных

в диапазоне измененияGr Pr от 103 до 108:

труб

0,25

Pr

П

NuП,d

0,5 GrП РrП

,

PrCT

где

П,d

d

Nu

– средний критерий Нуссельта;

А

g

d3

GrП,d

П tП tСТ

– критерий Грасгофа; РrП

П

– крите-

2

aП

рий

Прандтля

при температуре

потока

окружающей

среды;

Рr

СТ

Д

aСТ

CТ

– критерий Прандтля жидкости при температуре среды на

границе со стенкой.

Для вертикальных труб и плит в диапазоне изменения GrП,h PrП от

103 до 109 (что отвечает ламинарному течению среды):

И

Nu

П,h 0,75 Gr

П

Рr

П

0,25

PrП

,

PrCT

приборов.

С

змерений заносятся в протокол наблюдений

при

Все показан

достижен

стац онарных режимов теплопередачи. По окончании

выполнен

перед выключением установки все данные из

протоколов на экране должны

ыть перенесены на доступный вид но-

нформац (например, перенесены в бумажный протокол

сителя

(табл. 3.2

3.3)).

Таблица 3.2

Протокол наблюдений

О оз-

Еди-

Номера опытов

работы

1

2

3

4

5

6

7

Измеряемая величина

наче-

ницы

ние

изм-я

Сила тока

I

Напряжение

U

В

О

Температура окружаюА- tОКР С

щей среды

Показания барометра

В

мбар

Протокол наблюдений

Таблица 3.3

Д

Точки

Координата за-

Локальная тем-

Номера опытов

замера

мера lХ , м

пература tХ , ОС

1

2

3

4

5

6

7

И

1

1,450

2

1,250

3

1,050

4

0,850

5

0,550

6

0,400

7

0,250

8

0,150

9

0,075

10

0,025

С

pатм

В 102

1 1,815 10 4 tОКР .

2. редняя по высоте температура трубы, ОС, по формуле:

и

10

tXi

tХm

i 1

.

10

4

t

273

4

Q

С

t

273

,

И

0

F

СТ

100

ОКР

100

Д

где = 0,15б– степень чернотыАтрубы; С0 = 5,67 Вт/(м2 К4) – коэффи-

циент излучения абсолютно черного тела; F = 3,14 dТР lТР – теплопере-

дающая поверхность трубы, м2.

5. Мощность теплового потока, Вт, через поверхность трубы в ок-

И

ружающую среду за счет свободной конвекции

Q = QЭ – QИ .

6. Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 К),

m

Q

.

F tm

плотность

pатм

,

кг/м3; газовая постоянная воздуха

R (273 tОПР )

объемного расширения

1

, 1/К; коэффициент теплопро-

273 tОПР

водности =

0,000074 tОПР +

0,0245 , Вт/(м К); кинематическая вяз-

С

+ 0,088 tОПР +

13,886) 10-6, м2/с;

коэффици-

кость =

(0,000089 t2ОПР

ент температуропроводности a

m

, м2/с.

8. Кр тер й Нуссельта

cPm m

m lТР

Num

.

9. Кр тер й Грасгофа

m

Gr

g lТР

3

t

t

.

бА

m

2

Xm

ОКР

и10. Кр тер й Прандтля

m

Pr m .

am

11. Результаты расчетов должны быть продублированы в форме

сводной табл. 3.4.

Таблица 3.4

Результаты расчетов

Обоз-

Д

Еди-

Номера опытов

Измеряемая величина

наче-

ница

1

2

3

4

5

6

7

ние

изм-я

1.

Температурный напор

OC

И

(разность

температур

tm

стенки трубы и окр. сре-

ды)

2. Средняя по высоте тем-

tХm

OC

пература трубы

3.

Определяющая темпе-

tОПР

OC

ратура

4.

Количество

теплоты,

QЭ

выделенное

электриче-

Вт

ским током

5.

Количество

теплоты,

QИ

отданное излучением

Вт

6.

Количество

теплоты,

Q

отданное конвекцией

Вт

Окончание табл. 3.4

Обоз-

Еди-

Номера опытов

Измеряемая величина

наче-

ницы

1

2

3

4

5

6

7

ние

изм-я

7.

Коэффициент тепло-

m

Вт/(м2 К)

отдачи

8.

Коэффициент объем-

m

1/К

ного расширения воздуха

9. Теплоемкость воздуха

сРm

Вт/(кг К)

10.

Коэфф ц ент тепло-

m

Вт/(м К)

проводности воздуха

11.

Плотность воздуха

m

кг/м3

С

12. Коэфф ц ент темпе-

am

м2/с

ха

возду-

13.

К немат ческая вяз-

m

м2/с

кость воздуха

14.

Кр тер й Нуссельта

Nu

–

ратуропроводности

15.

Кр тер й Грасгофа

Gr

–

16.

Кр тер й Прандтля

Pr

–

17. log(Num)

18. log(Grm Prm)

19.

Критериальное урав-

–

–

нение

бА

12. По результатам расчетов строится в соответствующем масшта-

бе в логарифмических координатах график зависимости критерия Num

от произведения (Grm Prm) и определяется коэффициент С и показа-

тель степени n по уравнению прямой линии

log(Num) = logCД+ n log(Grm Prm).

И

NuX 0,6 GrX

PrX 0,25

и далее

X

NuX X

.

lX