Теплоотдача. Методические указания к выполнению расчетно-графической работы «Конвективный теплообмен с элементами НИРС» для студентов бакалавриата, об

•• ••• •• • •-• • •€ ‚

•ƒ•„ … † ••‚ •-• ‚‡ « ˆ ‰ Š ‰ »

† • … • ‹ ‚Œ‚ ‚ • …-• • ‚‡

УДК 536.24 ББК 31.31

Т-34

Р е ц е н з е н т :

доцент, кандидат технических наук В.И. Кушнырев

С о с т а в и т е л и :

В.М. Белов, кандидат технических наук, доцент кафедры теплотехники и теплогазоснабжения

ФГБОУ ВПО «МГСУ»; А.О. Мирам, кандидат технических наук,

профессор кафедры теплотехники и теплогазоснабжения; В.А. Павленко, кандидат технических наук,

доцент кафедры теплотехники и теплогазоснабжения

Т-34 Теплоотдача : методические указания к выполнению расчетнографической работы «Конвективный теплообмен с элементами НИРС» для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению подготовки 270800 «Строительство», профиль подготовки «Теплогазоснабжение и вентиляция» / М-во образования и науки Росс. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т, каф. строительства объектов тепловой и атомной энергетики ; сост. В.М. Белов, А.О. Мирам, В.А. Павленко. Москва : МГСУ, 2014. 12 с.

Содержатся задания на определение числа Нуссельта.

Для студентов, обучающихся по профилю подготовки «Теплогазоснабжение и вентиляция» квалификации — бакалавр.

УДК 536.24 ББК 31.31

© ФГБОУ ВПО «МГСУ», 2014

Условные обозначения

α— коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К);

a — температуропроводность, м2/с;

λ— теплопроводность, Вт/(м·К);

ν— кинематическая вязкость, м2/с;

w — скорость движения теплоносителя, м/с; t — характерный температурный напор, С; l — характерный геометрический размер, м; g — ускорение свободного падения, м/с2;

β— температурный коэффициент объемного расширения, 1/К;

3

Научно-исследовательская работа студентов (НИРС) проводится на протяжении всего периода обучения в высшем учебном заведении и должна находиться во взаимодействии с учебным процессом.

Цели и задачи НИРС:

–научить студентов составлять план проведения исследования;

–ознакомить с методикой исследований по специальности и методикой обработки (экспериментальных) научных данных и их обобщения.

При рассмотрении задач процессов конвективного теплообмена все большее значение приобретает эксперимент. Экспериментальное исследование этих процессов зависит от большого числа факторов. При постановке эксперимента ставится задача получить данные для расчета других родственных процессов. Один из путей решения такой сложной задачи — теория подобия, которая является теорией эксперимента. При проведении опытов должно быть уделено внимание обработке опытных данных и их обобщению.

В процессах конвективного теплообмена в качестве определяемого числа является число Нуссельта Nu, характеризирующее меру отношения теплового потока, передаваемого конвекцией в направлении, перпендикулярном стенке, к тепловому потоку, передаваемому теплопроводностью через пограничный слой.

В процессе теплообмена между жидкостью и поверхностью определяется коэффициент теплоотдачи α, который характеризует интенсивность теплообмена. Имея данные измерений коэффициента теплоотдачи, по

опытным показателям получаем зависимость = f(w).

При изучении какого-нибудь конкретного процесса ставится задача получить данные и для расчета других процессов, подобных изучаемому, и результат отдельных опытов распространяется на все подобные ему процессы. Обработка результатов экспериментальных данных производится в числах подобия

Число Нуссельта при свободной конвекции является функцией чисел Грасгофа Gr и Прандтля Pr:

Nu = f (Gr, Pr).

Число Грасгофа характеризует соотношение подъемной силы, возникающей вследствие разности плотностей жидкости и силы молекулярного трения; число Прандтля является теплофизической характеристикой теплоносителя и определяет подобие температурных и скоростных полей в любой точке движущейся жидкости.

Уравнение подобия при конвективном теплообмене для стационарного режима при вынужденном движении жидкости и развитом турбулентном режиме (свободная конвекция мала) имеет вид:

Nu = f (Re, Pr).

Число Рейнольдса характеризует соотношение инерционных сил к силам вязкости и определяет режим течения жидкости.

4

По опытным данным при вынужденном движении воздуха можно получить графическую зависимость изменения коэффициента теплоотдачи при изменении скорости движения жидкости:

Nu = cRe n,

где с — постоянный коэффициент.

Эта зависимость имеет общий характер и справедлива для всех процессов, подобных данному, и позволяет установить, какое влияние на α оказывают величины l, ν и т.д.

наличии воздуха вместо дымовых газов Nu = сGrn. Если указанное уравнение прологарифмировать, то получится уравнение: lgNu = lgС + nlg(GrPr), которое можно представить в математическом виде y = c + nx — уравнение прямой, если обозначить lgNu через y, а lg(GrPr) через х.

Построив график, определяется значение n, а по нему определяется

Мирам А.О., Павленко В.А. Техническая термодинамика. Тепломассобмен : учебное пособие. М.: АСВ, 2011. 352 с.

5

ЗАДАНИЕ 1 При выполнении эксперимента по определению теплоотдачи от гори-

зонтальной трубы диаметром 50 мм к свободному потоку воздуха с температурой 22 С, получены следующие данные: t, С и α, Вт/(м2·К). Используя экспериментальные данные, вывести уравнение зависимости числа Нуссельта от числа Грасгофа Nu = сGrn.

ЗАДАНИЕ 2 Экспериментально при обтекании плоской пластины (длина по движе-

нию потока l = 8 м) потоком воздуха с температурой 24 С получены следующие коэффициенты теплоотдачи от пластины к воздуху при различных значениях скорости движения воздуха w. Используя экспериментальные данные, вывести уравнение зависимости числа Нуссельта от числа Рейнольдса Nu = cRen.

6

ЗАДАНИЕ 3 По экспериментальным данным теплоотдачи от вертикальной поверх-

ности высотой 10 м к свободному потоку воздуха с температурой 25 С получены следующие данные: t, С, α, Вт/(м2·К). Используя экспериментальные данные, вывести уравнение зависимости числа Нуссельта от числа Грасгофа Nu = сGrn.

ЗАДАНИЕ 4 По каналу сечением 400 200 мм движутся дымовые газы со средней

температурой 200 С. Экспериментально получены данные коэффициентов теплоотдачи от дымовых газов к поверхности канала при различных значениях скорости движения дымовых газов. Используя экспериментальные

данные, вывести уравнение зависимости числа Нуссельта от числа Рей-

нольдса Nu = cRe nPr 0,43.

7

ЗАДАНИЕ 5 По трубопроводу диаметром 50 мм движется вода со средней темпера-

турой 100 С, средняя температура стенки трубопровода 20 С. Экспериментально получены данные по коэффициенту теплоотдачи от воды к поверхности трубопровода при различных значениях скорости движения воды. Используя экспериментальные данные, вывести уравнение зависимости числа Нуссельта от числа Рейнольдса:

8

ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица 1

Физические свойства газообразных продуктов сгорания

9

Таблица 2

Физические свойства сухого воздуха при В = 101325 Па (760 мм рт.ст.)

10