5. Расчетные формулы и расчеты

1. Атмосферное давление находитсяпо формуле:

Р_атм = 0,001·В, бар

2. Средняя по высоте температура трубы по формуле:

3. Мощность теплового потока, выделенная при прохождении электрического тока по трубе:

4. Мощность теплового потока через поверхность трубы в окружающую среду за счет теплового излучения определяется по закону Стефана-Больцмана:

где = 0.15– степень черноты поверхности стальной трубы;

С_о = 5,67 – кэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м²·К⁴);

F – теплоотдающая поверхность трубы, равная

5. Тогда мощность теплового потока через поверхность трубы в окружающую среду за счет естественной конвекции:

6. Коэффициент теплоотдачи: α_m = , Bт/(м²·К).

7. Теплофизические свойства воздуха (окружающей среды) выбираются при определяющей температуре, равной температуре окружающей среды . Их значения рассчитываются методом интерполяции по данным из табл.5. Это коэффициент теплопроводности λ, кинематическая вязкость ν, критерий ПрандтляPr_m. Коэффициент объемного расширения β для воздуха рассчитывается по формуле

1/K

8. Критерий Нуссельта

9. Критерий Грасгофа .

Здесь g = 9,81 м/с².

10. Результаты расчетов должны продублированы в форме сводной табл. 3.

11. По результатам расчетов строится в соответствующем масштабе на миллиметровой бумаге в логарифмических координатах график зависимости критерия от произведения () и определяется коэффициент С и показатель степени n по уравнению прямой линии:

12. Локальные коэффициенты теплоотдачи находятся из уравнения

и далее

13. Критерии подобия находятся при определяющем размере

Таблица 3

№ п/п	Измеряемая величина	Обозна- чение	Ед-цы изм.	Номера опытов
				1	2	3	4	5
1	Атмосферное давление	Ратм	бар		0,952
2	Средняя по высоте температура трубы	txm	°С		116,4
3	Определяющая температура tопр = tокр	tопр	°С		12
4	Тепло, выделенное электрическим током	Qэ	Вт		101,96
5	Количество тепла, отданное излучением	Qи	Вт		26,26
6	Количество тепла, отданное конвекцией	Qк	Вт		75,7
7	Коэффициент теплоотдачи	αm	Вт /(м2·К)		3,85
8	Коэффициент объемного расширения воздуха	β	1/К		0,0035
9	Коэффициент теплопроводности воздуха	λ	Вт /(м·К)		0,0253
10	Коэффициент кинематической вязкости воздуха	ν	м2/с		14,3·10-6
11	Критерий Нуссельта	Num	−		228
12	Критерий Грасгофа	Grm	−		5,9·1010
13	Критерий Прандтля	Prm	−		0,705
14	log (Num)	−	−		2,36
15	log (Grm·Prm)	−	−		10,77
16	Критериальное уравнение	−	−

14. Критерий Грасгофа , где– локальная температура стенки трубы, принимается по табл. 2.

15. Результаты расчетов должны быть продублированы в форме сводной табл. 4.

16. По результатам расчетов строится в соответствующем масштабе на миллиметровой бумаге график изменения локального коэффициента теплоотдачи α_x по высоте трубы.

Таблица 4

№ п/п	Координата замера lx, м	Локальный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К ) /(м2·K)	Номера опытов
			1	2	3	4	5
1	0,025	αх1000		14,2
2	0,075	αх2		9,71
3	0,150	αх3		7,70
4	0,250	αх4		6,66
5	0,400	αх5		5,90
6	0,550	αх6		5,84
7	0,850	αх7		5,18
8	1,050	αх8		5,13
9	1,250	αх9		4,80
10	1,450	αх10		4,64