3. Порядок выполнения работы

1. Включить установку в сеть и вступить в диалог с программой выполнения работы, заложенной в компьютер.

2. Включить тумблер 3 работы вентилятора.

3. Плавно вращая ручку регулятора вентилятора 4, установить малый расход воздуха. Для оценки величины расхода использовать показания цифрового индикатора 9.

4. Включить тумблер 5 нагрева рабочего участка.

5. Плавно вращая ручку регулятора мощности 6, устанавливают выбранный режим нагрева, что контролируется по цифровому индикатору вольтметра 7.

6. С помощью датчиков температуры 13 по показаниям цифрового индикатора температуры 14 определить температуру стенки по длине трубы.

7. С помощью датчиков температуры 11 и 12 по показаниям цифрового индикатора температуры 14 определить температуру воздуха на входе и выходе из рабочего участка.

8. С помощью цифрового индикатора 10 определить потери давления по длине рабочего участка.

9. Не изменяя мощности электрического нагревателя, установить большой расход воздуха. Для оценки величины расхода использовать показания цифрового индикатора 9.

10. Выполнить измерения температуры, соответствующие заданному режиму согласно п.п. 3.6-3.7.

11. Повторить измерения согласно п.п. 3.3-3.8 при 2-х режимах, соответствующих постоянному расходу воздуха и различным значениям мощности электрического нагревателя.

12. Определяются барометрическое давление и температура воздуха в помещении, соответствующие условиям проведения опыта.

13. Результаты измерений заносятся в табл. 3.

14. После окончания измерений все регулирующие органы установки приводятся в исходное положение.

Таблица 3

Барометрическое давление B = Па;

Температура в помещении Т_п = С.

№ ре жима

U, В

H, Па

P, Па

Tf

Tw1

Tw2

Tw3

Tw4

Tw5

Tw6

Tw7

Tw8

Tw9

Tw10

Tf

C

1

2

3

4

4. Обработка результатов измерений

1. Определяется количество теплоты Q, выделяемое на рабочем участке трубы при прохождении электрического тока:

, Вт, (7)

где U – напряжение в цепи электрического нагревателя, В;

R – электрическое сопротивление рабочего участка R = 0,0344 Ом.

2. Определяется массовый расход воздуха:

, кг/с, (8)

где Н – динамический напор, Па;

–плотность воздуха на выходе, кг/м³;

В – барометрическое давление, Па;

Р – падение давления на рабочем участке, Па;

R = 287 Дж/(кгК) – газовая постоянная воздуха;

 = 0,63 – коэффициент расхода;

d_вн = 8,510^-3 м – внутренний диаметр трубки.

3. Определяется средняя температура воздуха:

. (9)

4. Определяется средняя скорость воздуха на участке нагрева:

, м/с, (10)

где G – массовый расход воздуха, кг/с;

d_вн – внутренний диаметр трубы, м;

_f – средняя плотность воздуха при температуре T_f, кг/м³ (см. прил.).

5. Определяется критерий Рейнольдса:

, (11)

где w – средняя скорость воздуха, м/с;

d_вн – внутренний диаметр трубы (определяющий размер), м;

_f – коэффициент кинематической вязкости воздуха при температуре T_f, м²/с (см. прил.).

6. Вычисляются значения температурного напора T_i в сечениях трубки с координатами X_i:

, C. (12)

7. Определяются локальные значения коэффициента теплоотдачи от трубки нагреваемому воздуху:

, Вт/(м²С), (13)

где Q – тепловой поток, создаваемый электрическим нагревателем, Вт;

Q_п – тепловой поток, теряемый с наружной поверхности трубки, Вт:

, (14)

где _эф = 0,18 Вт/(мС) – эффективный линейный коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубки, учитывающий потери теплоты в окружающую среду посредством свободной конвекции и теплового излучения, приходящиеся на 1 м длины трубы:

–средняя температура стенки,С;

Т_п – температура воздуха в помещении, С;

L = 0,72 м – длина рабочего участка;

T_i – локальный температурный напор, С;

d_вн – внутренний диаметр трубки, м.

8. Для каждого исследованного режима определяется среднее значение коэффициента теплоотдачи:

, Вт/(м²С), (15)

где _i – локальные коэффициенты теплоотдачи. Крайние значения ₁ и ₁₀ исключаются вследствие влияния утечек теплоты с торцов рабочего участка;

L_i – длины участков (табл. 2).

9. Для каждого исследованного режима определяется среднее значение критерия Нуссельта:

, (16)

где _f – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(мС), (см. прил.).

10. Для каждого исследованного режима с учетом режима течения потока по критериальным уравнениям (1…4) определяется расчетное значение критерия Нуссельта и сравнивается с экспериментальным.

11. По полученным значениям локальных коэффициентов теплоотдачи _I для всех исследованных режимов строится график зависимости _I = f(X_i).

12. На основе анализа построенных графиков сделать выводы о том, какие факторы и как влияют на интенсивность теплоотдачи при вынужденной конвекции в трубе. Какие действия могут быть предприняты с целью интенсификации теплообмена?