Переходный режим (2320  Re  104)

При переходном режиме для определения среднего коэффициента теплоотдачи используется уравнение Михеева для турбулентного режима с введением поправки на переходный режим:

, (4)

где _пер – поправка на переходный режим, которая устанавливается экспериментально.

Зависимость _пер от критерия Рейнольдса представлена в табл. 1.

Таблица 1

Re	2500	3000	4000	5000	6000	8000	10 000
пер	0,40	0,57	0,72	0,81	0,88	0,96	1,00

При вынужденном течении жидкости внутри круглой трубы в качестве определяющего размера используется внутренний диаметр трубы d_вн, а в случае трубы произвольной формы сечения – эквивалентный диаметр d_экв, который определяется как

, (5)

где f – площадь поперечного сечения трубы;

Р – периметр сечения.

В качестве определяющей температуры принимается среднее значение между температурой стенки и температурой основного потока:

. (6)

2. Описание лабораторного стенда

Изучение процесса вынужденной конвекции в трубе проводится на лабораторной установке, реализующей метод имитационного моделирования реальных физических процессов. В состав установки входит управляющая ПЭВМ, соединенная с пультом управления и рабочим участком, имитирующим реальный объект исследования. Схема установки с системами электрического питания и измерения представлена на рис. 4.

Рис. 4. Схема рабочего участка лабораторного стенда для изучения процесса теплообмена при вынужденном движении воздуха в трубе: 1 – рабочий участок трубы; 2 – вентилятор; 3 – тумблер включения вентилятора; 4 – регулятор вентилятора; 5 – тумблер включения электрического нагревателя;

6 – регулятор мощности электрического нагревателя; 7 – вольтметр цепи электрического нагревателя с цифровым индикатором; 8 – трубка Пито;

9 – цифровой индикатор перепада давления на трубке Пито; 10 – цифровой индикатор перепада давления по длине трубы; 11 – датчик измерения температуры воздуха на входе в рабочий участок; 12 – датчик измерения температуры воздуха на выходе из рабочего участка; 13 – датчики измерения температуры стенки трубы по длине рабочего участка;

14 – цифровой индикатор температуры

Рабочий участок 1 представляет собой трубку из нержавеющей стали с внутренним диаметром d_вн = 8,5 мм и длиной L = 720 мм, через которую с помощью вентилятора 2 прокачивается воздух. Расход воздуха изменяется регулятором вентилятора 4. Динамический напор H, создаваемый вентилятором, измеряется с помощью трубки Пито 8 и регистрируется цифровым индикатором 9. Нагрев рабочего участка осуществляется посредством электрического тока, пропускаемого через трубку, мощность которого изменяется регулятором 6. Для оценки мощности в цепь электрического нагревателя включен вольтметр с цифровым индикатором 7. Падение давления за счет гидравлического сопротивления рабочего участка P определяется посредством цифрового индикатора 10. Температура воздуха на входе в рабочий участок и выходе из него измеряется посредством температурных датчиков 11 и 12. Для измерения температуры стенки по длине трубки (Т₁ …Т₁₀) используются температурные датчики 13, расположенные на наружной поверхности трубки. Показания всех датчиков температуры могут выводиться последовательно на цифровой индикатор температуры 14. Координаты X_i датчиков температуры, установленных на трубке, отсчитываемые от входа в трубку, и длины участков L_i, соответствующих каждому температурному датчику, приводятся в табл. 2.

Таблица 2

№ датчика	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
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

Для измерения барометрического давления и температуры воздуха в помещении лаборатория должна быть оснащена барометром и комнатным термометром.