НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА
Кафедра «Энергетические установки и тепловые двигатели»
Дисциплина «Теплопередача»
Отчет по лабораторной работе №6
Определение излучательной способности и коэффициента теплового излучения твердого тела
Выполнил: студент гр. 19-СУ
Проверил: Зимина Т. Н.
Нижний Новгород
2022
Цель работы:
1. Закрепление знаний по теплообмену излучением.
2. Изучение методики экспериментального определения излучательной способности и коэффициента теплового излучения твердых тел.
3. Получение навыков в проведении эксперимента.
Задание:
1. Определить опытным путем излучательную способность с и коэффициент теплового излучения ε окисленной поверхности медной трубы.
2. Установить зависимость ε от температуры поверхности.
3. Сравнить полученные результаты опыта с литературными данными.
4. Составить отчёт по выполненной работе.
Методика определения излучательной способности и коэффициента теплового излучения:
Для определения потоков собственного излучения тел и расчета теплообмена излучением между телами необходимо иметь данные по коэффициенту теплового излучения ε (или излучательной способности с) тел. Излучательная способность и коэффициент теплового излучения находятся в сложной зависимости от природы тела, его температуры, состояния поверхности, а для металлов — от степени окисления этой поверхности. Для различных тел их величины определяются, как правило, экспериментальным путем.
Определение с и ε большей частью проводится двумя методами радиационным и калориметрическим. Радиационный метод заключается в сравнительном измерении энергии, излучаемой исследуемым телом и абсолютно черным или телом, коэффициент излучения которого известен. В качестве приемника излучения используется какой-либо радиометр (термоэлемент, термостолбик).
Исследуемое тело берется в виде трубы или полого шара, внутри которых размещается электронагреватель. Теплоотдача с поверхности тела происходит в окружающую среду путем излучения и свободной конвекции. Тепловой поток Qл, излучаемый поверхностью исследуемого тела, определяется по мощности, потребляемой электронагревателем за вычетом теплового потока, передаваемого свободной конвекцией. Он определяется расчетным путем с использованием опытных данных по коэффициенту теплоотдачи при свободном движении.
В условиях, когда поверхность исследуемого тела F1 во много раз меньше поверхности окружающих тел (стен) F2, поглощающих излучение, и отношение F1/F2=0, приведенный коэффициент теплового излучения и приведенная излучательная способность равны соответственно коэффициенту теплового излучения и излучательной способности исследуемого тела, т.е. εп = ε1 и сп = с1.
Уравнение
принимает вид:
где с0 = 5,67 Вт/(м4К4) – излучательная способность черного тела Т1 и Т2 – температуры исследуемого тела
Измеряя
при опыте тепловой поток Qл,
излучаемый поверхностью исследуемого
тела, и температуры Т1
и Т2
и зная поверхность излучения F1,
можно определить излучательную
способность и коэффициент теплового
излучения исследуемого тела:
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 определения коэффициента теплового излучения
Таблица замеров:
№ опыта |
№ замера |
ЭДС термопар, мВ |
Средняя температура поверхности tс |
Температура воздуха tж |
Мощность нагревателя W, Вт |
||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||||||||
Первый опыт |
1 |
8,9 |
8,8 |
8,9 |
8,9 |
9 |
9 |
127 |
22 |
96 |
|||
2 |
8,9 |
8,8 |
8,9 |
8,9 |
9 |
9 |
|||||||
3 |
8,9 |
8,8 |
8,9 |
8,9 |
9 |
9 |
|||||||
4 |
8,9 |
8,8 |
8,9 |
8,9 |
9 |
9 |
|||||||
Ср. знач. |
8,9 |
|
|
|
|||||||||
Обработка результатов опытов:
Тепловой поток Qл передаваемый излучением поверхностью трубы окружающим
Qл = Q – Qк
Величина Q определяется по мощности: Q = W
Qк – тепловой поток передаваемый свободной конвекцией
Тепловой поток Qк определяется по закону Ньютона-Рихмана:
Здесь F = πdl – поверхность теплообмена, α – коэф. теплоотдачи конвекцией
Значение коэффициента теплоотдачи вычисляем:
Nuж = 0,47Grж0,25
где
– число Нуссельта,
– число Грасгофа, Δt
= tc
- tж
– разность температур,
– коэф. объемного расширения, λ – коэф.
теплопроводности
По найденному числу Нуссельта определяем ср. значение коэффициента теплоотдачи по всей поверхности:
Опыт:
F = π·d·L = 3,14·0,34·0,59 = 0,63 м2
Т1 = 127 + 273 = 400 К
Т2 = 22 + 273 = 295 К
Nuж = 0,47Grж0,25
Δt = 127 – 22 = 105 C
Nu = 0,47·6940170,25 = 13,56
Qл = Q – Qк = 96 – 68,15 = 27,85 Вт
Qк = αF(tc – tж) = 10,3·f·(127 – 22) = 68,15 Вт
