Теоретические основы теплотехники

рис. 2. Схема измерений.

246

Регулирование скорости воздуха осуществляется изменением частоты вращения электродвигателя вентилятора регулятором напряжения.

На рис. 3 показан общий вид установки с указанием расположения органов регулировки и измерения.

III. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА

Убедиться, что ручки регулятора напряжения 4 и 5 на панели приборов (рис. 3) выведены против часовой стрелки до упора. Тумблером 2 на панели включить установку в сеть (загорается контрольная лампочка 1).

Включить центробежный вентилятор тумблером 6 и с помощью регулятора частоты вращения электродвигателя 5 установить расход воздуха, соответствующий

показанию прибора 1в n = 0,6.

Тумблером 3 включить цепь нагревателя рабочего участка и установить с помощью ручки автотрансформатора 4 падение напряжения не превышающее 1,3 В, которое измеряется цифровым вольтметром 2б.

Убедившись в наступлении стационарного теплового режима по стабильности показаний термопар, записать показания всех 12 термопар по милливольтметру 3в, шкала которого градуирована в °С.

Результаты измерений занести в журнал наблюдений по форме, представленной в виде таблицы:

247

рис. 3. Общий вид установки.

1– контрольная лампа;

248

При определении среднего коэффициента теплоотдачи значения α2 и α11

вследствие влияния утечек теплоты с торцов рабочего участка исключаются из рассмотрения.

5.По полученным локальным значениям коэффициента теплоотдачи определить

основной участок трубы (участок стабилизированного течения), где коэффициент теплоотдачи αi перестаёт зависеть от условий на входе в трубу.

6.Определить значения коэффициента теплоотдачи на основном участке трубы при вынужденном турбулентном течении жидкости, используя критериальные уравнения:

Nuж,d = 0,021Reж,d0,8 Prж0,43,

4

(при Reж,d ≥ 10; Prж ≥ 0,7);

w = 3600FV ;

πd2

F = 4вн.

При вычислении критериев подобия в качестве определяющего размера принимается внутренний диаметр трубки dвн, а в качестве определяющей температуры для

определения теплофизических свойств воздуха – среднюю температуру воздуха tж

tж = 0,5 (t1 + t12).

7.Построить график в логарифмических координатах lgNuж,d, lgReж,d на котором,

нанести полученные экспериментальные значения, соответствующие основному участку трубы для исследованных режимов.

V. Оценка погрешности

измерений

Относительная погрешность при определении коэффициента теплоотдачи вычисляется по Формуле:

где «Δ» обозначают абсолютные погрешности соответствующих величин.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ: "ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ВЫНУЖДЕННОМ ДВИЖЕНИИ ВОЗДУХА В ТРУБЕ"

По заданному расходу воздуха (по показанию прибора – n) и напряжению в сети нагревателя (U) выполнить приближённый расчёт средней температуры стенки tст и приращение температуры воздуха δtв на выходе из трубки из выражений:

251

где Q = U2 ; R = 0,05Oм.

R

V = 1,3 + 8n,

где n – показание прибора (расходомера).

w = 3600FV ;

πd2

F = 4вн;

dвн = 0,008м;

Fтр = πdвнL;

L=0,72 м;

K=0,18 м;

α = Nuλ

dвн ;

Nu= 0,021Re0,8 Pr0,43;

или

Nu= f(Re) Pr0,48;

Re= w νdвн;

Pr = νа;

N = wF сρ

λ, с, ρ,ν, а– из таблиц (при t = toc).

252

Лабораторная работа №8

Определение коэффициента теплопроводности методом шара

Особенность настоящего метода заключается в том, что при шаровой форме слоя материала и внутреннем расположению нагревателя вся теплота проходит сквозь исследуемый материал, т.е. отсутствуют ее потери, каковые имеют место при некоторых других методах исследования теплопроводности

Цель работы – экспериментальное определение коэффициента теплопроводности сыпучего материала методом шара.

Методика расчета:

Шаровой слой образован двумя шарами, расположенными один внутри другого.

U -падение напряжения на нагревателе, В.

Тепловой поток, проходящий через шаровую стенку, определяется

исследуемого материала, К.

При стационарном режиме вся теплота, выделяемая электронагревателем, пройдет через шаровой слой и, следовательно, можно прировнять выражения (10) и (11),

т.е.:

Описание установки

Экспериментальная установка (рис. 3) представляет собой полный металлический шар (I), внутри которого размещен шар меньшего диаметра (2) таким образом, что их центры совпадают. В пространство между шарами помещен испытуемый материал (3). В шаре (2) расположен электронагреватель (4).

Для измерения силы тока служит амперметр (5), а напряжения – вольтметр

(6)

253

Рис 3

254

Температуры внутренней наружной поверхностей исследуемого материала измеряются хромель-алюминевыми термопарами (7) и цифровым милливольтметром (9). Холодные спаи термопар помещены в сосуд Дюара (10). Поочередное подключение термопар к милливольтметру осуществляется переключателем (8).

Порядок проведения опыта.

Включается электронагреватель и установка прогревается до стационарного теплового режима.

Последовательно подключая термопары, снимают показания милливольтметра с интервалом между сериями замеров в две минуты. Одновременно снимают показания амперметра и вольтметра.

Результаты измерений вносят в следующую таблицу:

Обработка результатов измерений

Находят средние значения измеренных величин. Затем осредняют показания милливольтметра в отдельности для внутренней и наружной поверхности.

По градуировочной таблице переводят милливольты в Кельвины, определяя температуры Тп1 и Тп2 .При этом необходимо учитывать температуру холодных спаев термопар.

По формуле (10) вычисляется мощность, потребляемая электронагревателем. Из уравнения (II), принимая во внимание равенство (12), определяется коэффициент теплопроводности λ .

Выводы

Полученное значение коэффициента теплопроводности сравнивается с табличными значениями λ для различных материалов (приложение 2) и дается оценка теплофизических свойств исследуемого материала.

Оценка точности измерений.

Относительная погрешность при определении коэффициента теплопроводности вычисляется по формуле:

где через « » обозначены абсолютные погрешности соответствующих

величин.

255