6 семестр лабы (Зимина, Малахов) / ЛАБ 3 19-СУ

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА

Кафедра «Энергетические установки и тепловые двигатели»

Дисциплина «Теплопередача»

Отчет по лабораторной работе №3

Исследование теплоотдачи горизонтальной трубы при свободном движении воздуха

Выполнил: студент гр. 19-СУ

Проверил: Зимина Т. Н.

Нижний Новгород

2022

Цель работы:

1. Изучение процесса конвективного теплообмена при свободном движении жидкости. 2. Усвоение методики и техники экспериментального исследования теплопередачи, методики обработки опытных данных и обобщения их в виде уравнения подобия. 3. Развитие навыков в проведении экспериментальных работ.

Задание:

1. Определить, опытным путем, коэффициент теплоотдачи при свободном движении воздуха около горизонтальной трубы.

2. Установить зависимость коэффициента теплоотдачи от температурного напора.

3. Сравнить полученные результаты опыта по уравнению подобия.

4. Составить отчёт по выполненной работе.

Методика определения коэффициента теплоотдачи:

При экспериментальном изучении теплоотдачи средний по поверхности коэффициента теплоотдачи (альфа) можно определить из закона Ньютона – Рихмана по формуле:

Чтобы найти величину α из выражения, при опытах необходимо знать тепловой поток конвективного теплообмена Q_к, поверхность теплообмена F, ее среднюю температуру t_c и температуру жидкости (газа) t_ж.

В данной работе предметом изучения является процесс конвективной теплоотдачи от поверхности горизонтальной трубы, внутри которой размещается электронагреватель, к окружающему воздуху при свободном движении. Перенос теплоты с поверхности трубы в окружающую среду происходит путем конвективного и лучистого теплообмена. Тепловой поток конвективного теплообмена Q_к определяется по мощности, потребляемой электронагревателем за вычетом теплового потока, передаваемого излучением. Он определяется расчетным путем по уравнению теплообмена излучением.

Средняя температура поверхности трубы t_c определяется как среднеарифметическое значение по измерениям в нескольких точках поверхности. Опытная труба размещается в большом помещении, чтобы температура окружающего воздуха t_ж во время опыта была одинаковой.

Схема установки:

1 – медная труба

2 – электронагреватель

3 – тепловая изоляция

4 – автотрансформатор

5 – ваттметр

6 –хромель-копель термопары

7 – измерительный прибор

8 – двухполюсный переключатель

9 – тающий лед

Рис. 1.1. Схема опытной установки для исследования теплоотдачи горизонтальной трубы при свободном движении воздуха

Таблица замеров:

№ опыта	№ замера	ЭДС термопар, мВ				Средняя температура стенки tc	Температура воздуха tж	Мощность нагревателя W, Вт
		1	2	3	4
Первый опыт	1	7,3	7,2	7,2	7,2	104	22	130
	2	7,3	7,2	7,2	7,2
	3	7,3	7,2	7,2	7,2
	4	7,3	7,2	7,2	7,2
	Ср. знач.	7,2
Второй опыт	1	5,3	5,2	5,3	5,2	78	22	80
	2	5,3	5,2	5,3	5,2
	3	5,3	5,2	5,3	5,2
	4	5,3	5,2	5,3	5,2
	Ср. знач.	5,25

Обработка результатов опытов:

Коэффициент теплоотдачи вычисляется по уравнению:

Здесь d и l – диаметр и длина расчетного участка, πdl – поверхность теплообмена

Тепловой поток Q_к передаваемый от трубы к воздуху путем конвективного обмена

Q_к = Q - Q_л

Величина Q определяется по мощности: Q = W

Тепловой поток Q_л, передаваемый излучением определяется расчетным путем:

Где Т₁ = t_c + 273 – абсолютная температуры трубы

Т₂ = t_ж + 273 – абсолютная температура окружающей среды

с₀ = 5,67 Вт/(м²*К⁴)

Величина вычисляется выражением:

Здесь – коэффициент теплового излучения поверхности трубы

Нахождение коэффициента теплоотдачи теоретически расчетом:

Здесь Nu_ж = 0,47Gr_ж^0,25 – число Нуссельта, а – число Грасгофа,

Δt = t_c - t_ж – разность температур, – коэф. объемного расширения

1-й опыт:

L = 1,2 м; F = πdl = 0,098 м²; E₁ = 0,4 = E_п; c₀ = 5,67

T₁ = 104 + 273 = 377 K T₂ = 22 + 273 = 295 K

Q = W = 130 Вт

Q_к = 130 – 26,2 = 103,8 Вт

Nu = 0,47Gr^0,25 = 0,47*21,2 = 9,97

λ = 0,0259; ν = 15*10^-6

2-й опыт:

L = 1,2 м; F = πdl = 0,098 м²; E₁ = 0,4 = E_п; c₀ = 5,67

T₁ = 78 + 273 = 351 K T₂ = 22 + 273 = 295 K

Q = W = 80 Вт

Q_к = 80 – 16,9 = 63,1 Вт

Nu = 0,47Gr^0,25 = 0,47*21,2 = 9,18

λ = 0,0259; ν = 15*10^-6

График зависимости для исследуемого материала: