Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теплофизика. Лабораторный практикум
.pdf
догревателя находится кран К1, регулирующий величину
u
объемного расхода воды в трубах 4 и 5. Циркуляционный насос 9 прокачивает нагретую в водоподогревателе воду по трубам 4 и 5. Кран К
служит для удаления воздуха из системы
3
при ее заполнении водой. Заполнение системы водой производится через расширительный бачок 10 при открытых кранах К
, К2 и К3.
1
Заданная температура жидкости в водоподогревателе
(в пределах 25–65 °С) поддерживается регулятором 11. Течение жидкости в трубе ламинарное, максимальная скорость
= 0,05 м/с.
8.4. Порядок проведения работы
и указания по технике безопасности
Подготовка установки к работе выполняется лаборантом.
Она заключается в заполнении системы дистиллированной
водой и удалении из нее воздуха, установлении расхода воды
3
на уровне 8–15 см
гревателя кнопкой «Нагрев».
Порядок работы на установке (выполняется студентом).
1. Убедиться, что водоподогреватель находится в режиме
«Включено», т.е. горит красный светодиод на его панели.
2. Записать показания расходомера (ротаметра) в лабораторный журнал, перевести его показания в м
вочной кривой, прикрепленной к стенду лабораторной установки.
3. Включить измеритель температуры 2 и установить
на нем соответствующий режим работы (термопары t
, t5, t6, t7, t0 подключены через переключатель 3 к первому
t
4
каналу измерителя температуры).
4. Произвести отсчет температур, записав показания
в лабораторный журнал (табл. 8.2).
5. Повторить измерения через 10 минут и убедиться, что
установка находится в условно-стационарном состоянии
/с и включении электрического водоподо-
3
/с по градуиро-
, t2, t3,
1
101
(за 10 минут показания измерителя температуры изменяют-
T T TT
=++
−−
T T TT
=++
α −−
12
12
αα
ся не более чем на 1 °С).
Внимание! Водоподогреватель снабжен терморе-
гулятором, и если произойдет отключение водоподогревателя (погаснет красный светодиод на его панели)
до завершения серии измерений, то эти измерения считаются недействительными! Их надо будет повторить
через 1 минуту после следующего включения водоподогревателя!
8.5. Обработка результатов измерений
и расчеты
1. По прил. 5 при средней по длине гладкой трубы температуре воды определить удельную теплоемкость воды и
вычислить экспериментальные значения коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи для гладкой трубы по формулам
(8.18), (8.20), (8.21) и произвести оценку погрешностей этих
величин.
Для оценки максимальной относительной погрешности
измерений можно воспользоваться следующими формулами
(полученными при допущении о малости погрешности определения линейных размеров):
k
δ
L
k T T TT
L
эксп
δα
2
2 01 02 2 0
эксп
δα δ δα
V
δ
V
V
δ
V
= +
эксп эксп эксп
′ ′ ′ ′′
δ +δ δ +δ
01 02 0 0
′ ′ ′ ′′
01 02 0 0
′ ′ ′′
δ +δ δ +δ
01 02 2 0
′ ′ ′′
T T TT
k
L
k
L
где значок d перед обозначением величины означает абсо-
лютную погрешность определения этой величины.
102
;
(8.22)
;
(8.23)
,
(8.24)
Можно считать заданной величину абсолютной по-
( )
2
p
T
p
T
грешности измерения расхода
Vδ, определяемую на осно-
ве градуировочной кривой, – как изменение расхода, соответствующее половине цены деления шкалы ротаметра.
Относительная погрешность расчета разностей температур
определяется классом точности измерителя температуры
2ТРМ0.
2. По прил. 5 при средней по длине оребренной трубы
температуре воды вычислить экспериментальные значения
коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи для оребренной трубы по тем же формулам (8.18), (8.20), (8.21) и произвести оценку погрешностей этих величин (по формулам
(8.22), (8.23) и (8.24)). При расчете в качестве температуры
наружной поверхности оребренной трубы брать среднее значение между температурой ее гладкой части
ратурой середины ребра
. Следует иметь ввиду, что при
и темпе-
расчете по формуле (8.20) для оребренной трубы получается
не истинное значение коэффициента теплоотдачи a
(фигу-
2
рирующее в формуле (8.16)), а приведенное к поверхности
гладкой трубы, т.е. фактически a
· Kp (оно же должно ис-
2
пользоваться далее в формуле (8.21)).
3. По прил. 5 определить другие необходимые для расчета теплофизические характеристики воды и вычислить расчетные значения коэффициентов теплоотдачи по формулам
(8.4) или (8.5), а также (7.3), оценить погрешность их определения.
Если пренебречь погрешностью определения линейных
размеров, а также влиянием погрешности измерения температуры на величины теплофизических характеристик, то
в случае применения формулы (8.4) коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности трубы определяется с нулевой
погрешностью, а если использовалась формула (8.5), то
δα
1
α
1
≈
расч
103
0,8
V
δ
. (8.25)
V
4. По прил. 1 определить другие необходимые для рас-
12
11
L LL
k kk
k dd
αααα
чета теплофизические характеристики воздуха и вычислить
расчетные значения коэффициентов теплоотдачи по формуле (7.3) с помощью табл. 7.1, оценить погрешность их определения с помощью формулы (7.11) на основе погрешности
измерения температуры измерителем 2ТРМ0.
5. Получить расчетные значения коэффициентов теплопередачи по формуле (8.11) для гладкой и оребренной труб
на основе расчетных значений коэффициентов теплоотдачи
и коэффициента оребрения (8.15).
В пренебрежении погрешностями определения линейных
размеров оценить погрешность определения линейного коэффициента теплопередачи для гладкой трубы:
δ δα δα
L
≈ ⋅− + ⋅−
расч
1 21 2 12
. (8.26)
Для оребренной трубы в формуле (8.26) величину
обходимо умножить на коэффициент оребрения.
6. Записать полученные результаты в табл. 8.3.
7. Заполнить отчет по прилагаемой форме.
8.6. Форма отчета
Отчет по лабораторной работе 8
ИЗУЧЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
ЧЕРЕЗ СТЕНКИ ГЛАДКОЙ И ОРЕБРЕННОЙ ТРУБ
Фамилия студента_______________группа__________
Допуск:__________Выполнение:_______Защита_______
1. Цель работы:
2. Схема установки:
3. Экспериментальные и расчетные данные:
Параметры установки:
Длина рабочего участка гладкой трубы: L
Длина рабочего участка оребренной трубы: L
= 1120 мм.
гл
= 970 мм.
р
d не-
2
104
Внутренний диаметр гладкой и оребренной труб: d1 = 13 мм.
p
d
′′
01
T
′
02
T
′
( )
01
p
T
′
( )
02
p
T
′
2
( )
2
p
T
p
T
Внешний диаметр гладкой и оребренной труб: d
Внешний диаметр ребра:
= 60 мм.
= 15 мм.
2
Количество ребер на рабочем участке оребренной трубы:
115.
Таблица 8.2
Результаты измерений
Термо-
пара
t
0
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7
Измеряемая величина
Результат
измерения
Наименование Обозначение абс. отн.
Температура воздуха
вблизи трубы
T
0
Температура воды
на входе в гладкую трубу
Температура воды на выходе из гладкой трубы
Температура воды
на входе в оребренную
трубу
Температура воды
на выходе из оребренной
трубы
Температура на внешней
поверхности гладкой
T
трубы на ее середине
Температура на внешней
поверхности оребренной
трубы на ее середине
Температура на внешней
стороне ребра на середине трубы
Погреш-
ность
105
Результаты расчетов и оценки погрешности
11
α ± δα
22
α ± δα
LL
kk
Таблица 8.3
Коэффициент
теплоотдачи
на внешней
поверхности
трубы,
Коэффициент
теплопередачи
через стенку
трубы,
±δ
Труба Величина
Экспери-
Гладкая
Оребрен-
ная
мент
Расчет
Экспери-
мент
Расчет
Коэффициент
теплоотдачи
на внутренней
поверхности
трубы,
4. Выводы. Оценка достоверности и физического смысла
полученных результатов.
8.7. Контрольные вопросы
1. Что такое конвекция? В чем различие между свобод-
ной и вынужденной конвекцией?
2. В каких случаях можно пренебречь свободной конвек-
цией, а в каких – нельзя?
3. Что такое конвективная теплоотдача, какими меха-
низмами она реализуется?
4. Что такое характерный размер в задачах конвективной
теплоотдачи?
5. Что такое теплопередача? От чего зависит коэффициент теплопередачи? Может ли он быть равен коэффициенту
теплоотдачи?
6. Как можно интенсифицировать процесс теплопередачи?
7. Как изменится коэффициент теплопередачи через
стенку трубы, если увеличить ее наружный диаметр?
8. На чем основан метод экспериментального определения коэффициента теплопередачи?
9. Какая из величин – коэффициент теплопередачи или
коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной по-
106
верхностях трубы – в данной работе определяются с большей
точностью? Почему?
10. Что изменится в данной работе, если в процессе проведения эксперимента включить вентилятор, установленный вблизи центральной части трубы?
Литература
Теплотехника металлургического производства. Т. 1: Теоретические основы: учеб. пособие для вузов / В.А. Кривандин, В.А. Арутюнов, В.В. Белоусов и др. М.: МИСиС, 2002.
С. 263–277, С. 286–295.
107
Лабораторная работа 9
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ
СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЫ НАГРЕТОГО ТЕЛА
9.1. Цель работы
Ознакомление с основными понятиями теории радиационного теплообмена и с методами определения интегральной
плотности потока собственного излучения и интегральной
степени черноты реальных твердых тел.
9.2. Основы теории и расчетные формулы
Феноменологическая теория радиационного теплообмена (РТО) не рассматривает механизм взаимодействия излучения с веществом. В рамках этой теории считается, что
перенос теплоты излучением происходит в результате распространения электромагнитных волн, энергия которых при
взаимодействии с веществом переходит в теплоту.
Тепловому излучению соответствует интервал длин волн
от 0,4 до 25 мкм, охватывающий оптический диапазон (0,4–
0,8 мкм) и ближнюю инфракрасную область (0,8–25 мкм).
Некоторые понятия теории РТО, связанные с распределением характеристик излучения по поверхности тела, по длине волны, по различным направлениям в пространстве, представлены в табл. 9.1.
В основе теории РТО лежат закон сохранения энергии,
второе начало термодинамики и законы излучения абсолют-
но черного тела.
Абсолютно черным телом (АЧТ) называется тело, погло-
щающее все падающее на него излучение.
108
Некоторые понятия теории РТО
d
F
Q qF= ⋅
∫
2
Вт
м
=
3
Вт
м
2
Вт
м ст⋅
/q dq d
ω
= ω
cos
n
dF dF=⋅θ
2
Вт
м ст⋅
,
cos
q
B
ω
=
θ
0
q
λ
Таблица 9.1
Понятие Определение
Лучистая энергия,
Поток
излучения
переносимая через
некоторую поверх-
ность площадью F
за единицу времени
Плотность
потока
излучения
Спектральная
плотность
потока
излучения
Угловая
плотность
потока
излучения
Поток излучения,
проходящий через
единицу поверх-
ности
Плотность потока
излучения, при-
ходящегося на еди-
ничный интервал
длин волн
Плотность потока
излучения, при-
ходящегося на
единичный теле-
сный угол
Поток излучения,
приходящийся на
единицу площади
Яркость излучения
видимой величины
элементарной из-
лучающей площад-
ки
единичный теле-
сный угол
и
Обо-
зна-
чение
Q Вт
q
q
λ
q
ω
B
Раз-
Связь с другими величи-
мер-
ность
λ
2
/( cos );B d Q dF d= ⋅ θ⋅ ω
где q – угол, определяющий направление в про-
странстве
нами
/q dQ dF
/q dq d
= λ
плотности потока собственного излучения АЧТ
от длины волны:
Закон Планка устанавливает зависимость спектральной
, Вт/м3,
0
=
q
λ
5
λ⋅ −
C
1
C
λ⋅
2
T
exp 1
109
. (9.1)
В этом выражении T– температура АЧТ, К, а 1C и
2
C
h
k
c
26
=⋅= ⋅
0
q
λ
0
q
λ
– коэффициенты, связанные со значениями универсальных физических констант (постоянной Планка
постоянной Больцмана
та в вакууме
= 3 · 108 м/с) соотношениями
2 3,74 10C hc
= π⋅ ⋅ = ⋅ Вт · м2; (9.2)
1
2
= 1,38 · 10
/ 1, 44 1 0C hc k
–23
= 6,626 · 10
Дж/К и скоростью све-
−
2
−
м · К. (9.3)
–34
Дж×с,
Согласно закону Планка единственным параметром,
определяющим характер зависимости
от λ, является тем-
пература АЧТ. Увеличение температуры приводит как к увеличению
для каждой длины волны, так и к смещению
максимума спектральной плотности в сторону более коротких длин волн (рис. 9.1).
Рис. 9.1. Зависимость спектральной плотности
потока собственного излучения тела от длины волны
при различных температурах
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]