Обработка результатов экспериментального исследования

Контрольный опыт по исследованию конвективной теплоотдачи при свободной конвекции проводился на горизонтальной трубе длиной l = 0,8 м и диаметром d = 0,03 м. Опытные данные, полученные с помощью контрольно-измерительных приборов в процессе эксперимента, представлены в табл. 4

Таблица 4

Данные контрольного опыта по исследованию теплоотдачи при свободной конвекции

Наименование величины	Значения измеряемых величин
1	2
Напряжение, подаваемое на опытную трубу, U, В	2,986
Длина трубы l, м	0,8
Наружный диаметр трубы d, м	0,03

Продолжение табл. 4

1			2
Температура окружающего воздуха tж, 0С			20,0
Перепад температур между наружной поверхностью опытной трубы и окружающей средой ,0С	Номера термопар	1	22,834
		2	23,061
		3	24,081
		4	25,915
		5	29,398
		6	36,883

Обработка опытных данных начинается с определения теплового потока Q, передаваемого от опытной трубы в окружающую среду. На основе обработки тарировочных опытов была получена зависимость значения теплового потока Q от напряжения U, подаваемого на опытную трубу. Эта зависимость может быть представлена в виде графика (рис. 2) или в аналитической форме (5).

Рис. 2. Зависимость теплового потока Q, передаваемого от опытной трубы в окружающую среду, от электрического напряжения U

Соотношение для определения значения теплового потока Q в зависимости от напряжения U, подаваемого на опытную трубу, имеет следующий вид:

=21,5 Вт. (5)

Средний перепад температур между наружной поверхностью опытной трубы и окружающей средой составляет

,

а средняя температура наружной поверхности опытной трубы равна

.

Средняя температура пограничного слоя воздуха у поверхности опытной трубы равна

или T_m  306,7 К.

Теплота передается от наружной поверхности опытной трубы в окружающую среду за счет конвективного и лучистого теплообмена. В условиях проведения контрольного опыта величина теплового потока, передаваемого от опытной трубы в окружающую среду путем излучения, составляет [3]

= = 8,79 Вт,

где С₀ – излучательная способность абсолютно черного тела, С₀ = 5,67 Вт/(м²К⁴); ε – степень черноты наружной поверхности опытной трубы, ε = 0,66 [2]; F – площадь наружной поверхности опытной трубы, F = dl = 3,140,030,8 = 0,0754 м².

Тепловой поток, передаваемый от опытной трубы в окружающую среду путем конвекции, равен

Вт,

а опытное значение коэффициента теплоотдачи составляет

Вт/(м²К).

Определив при средней температуре пограничного слоя t_m теплофизические свойства сухого воздуха: λ = 2,6810^-2 Вт/(мК); ν = 16,9710^-6 м²/с; β = 0,0033 К^-1; Pr = 0,71 (табл. 1), находятся значения числа Грасгофа

и комплекса

.

В зависимости от значения комплекса подбирается коэффициентC = 0,54 и показатель степени n = 1/4 в уравнении подобия конвективного теплообмена (табл. 2) и определяются число Нуссельта

и расчетное значение коэффициента теплоотдачи

Вт/(м²К).

Относительное расхождение между опытным и расчетным значениями коэффициента теплоотдачи в условиях проведения контрольного опыта составляет

%.

Результаты обработки опытных данных заносятся в табл. 5.

Таблица 5

Характеристики конвективной теплоотдачи при свободной конвекции, определенные расчетным путем

Наименование величины		Номер опыта
		1	2	3
1		2	3	4
Тепловой поток, передаваемый от опытной трубы в окружающую среду Q, Вт
Средний перепад температур между наружной поверхностью опытной трубы и окружающей средой ,0С
Средняя температура наружной поверхности опытной трубы ,0С
Средняя температура пограничного слоя	, 0С
	Tm = tm + 273,15 К
Тепловой поток, передаваемый от опытной трубы в окружающую среду путем излучения, ,Вт
Тепловой поток, передаваемый от опытной трубы в окружающую среду путем конвекции, ,Вт
Опытное значение коэффициента теплоотдачи , Вт/(м2К)

Продолжение табл. 5

Число Грасгофа
Число Прандтля
Значение комплекса (GrPr)
Число Нуссельта
Расчетное значение коэффициента теплоотдачи , Вт/(м2К)
Относительное расхождение между опытным и расчетным значениями коэффициента теплоотдачи ,%