- •Политехнический институт Кафедра промышленной энергетики
- •Правила выполнения лабораторных работ и оформления отчетов
- •Работа № 1
- •Выполнение работы
- •Расчетные формулы и расчеты
- •6. Контрольные вопросы
- •Работа № 2 определение параметров влажного воздуха
- •Цель работы
- •2. Основные положения
- •3. Схема и описание установки
- •Выполнение работы
- •5. Расчетные формулы и расчеты
- •Контрольные вопросы
- •Работа № 3 исследование процесса истечения воздуха через суживающееся сопло
- •1. Цель работы
- •2. Основные положения
- •3. Схема и описание установки
- •Выполнение работы
- •5. Расчетные формулы и расчеты
- •6. Контрольные вопросы
- •Работа № 4 определение коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала
- •1. Цель работы
- •2. Основные положения
- •3. Схема и описание установки
- •4. Выполнение работы
- •5. Расчетные формулы и расчеты
- •6. Контрольные вопросы
- •Работа № 5 теплоотдача вертикального цилиндра при естественной конвекции
- •1. Цель работы
- •2. Основные положения
- •3. Схема и описание установки
- •4. Выполнение работы
- •5. Расчетные формулы и расчеты
- •6. Контрольные вопросы
- •Работа № 6
- •3. Схема и описание установки
- •4. Выполнение работы
- •5. Расчетные формулы и расчеты
- •6. Контрольные вопросы
- •Температура и методы ее измерения
- •1. Цель работы
- •2. Температура - мера кинетической энергии составляющих тело молекул
- •3. Температурные шкалы
- •4. Методы измерения температуры
- •5. Контрольные вопросы
5. Расчетные формулы и расчеты
1. Атмосферное давление находитсяпо формуле:
Ратм = 100· В, Па
где В – показание барометра, мбар.
2. Перепад давления воздуха в воздухомере:
∆P = ρ∙g·H, Па
где ρ – плотность воды в U-образном вакуумметре, равная 1000 кг/м3; g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/сек2; H – показание вакуумметра (горло воздухомера), переведенное в м вод.ст.
Плотность воздуха по состоянию в «горле» воздухомера
где R – характеристическая газовая постоянная воздуха, равная 287 Дж/кг∙К
4. Расход воздуха в трубе:
.
5. Абсолютное давление в сечении 1-1:
где Hн - показание пьезометра (после компрессора), переведенное в м вод.ст.
6. Плотность воздуха по состоянию на входе в горизонтальную трубу:
где t1 – температура воздуха при входе в трубу (сечение 1-1), °С.
7. Плотность воздуха по состоянию на выходе из горизонтальной трубы:
где t2 – температура воздуха на выходе из трубы (сечение 2-2), °С.
8. Средняя скорость потока в сечениях 1-1 и 2-2 определяется по общему уравнению:
где F – площадь проходного сечения для потока воздуха, одинаковая для сечений 1-1 и 2-2 и равная 1,35·10-3, м2; – плотность воздуха в рассматриваемом сечении, кг/м3; j − индекс рассматриваемого сечения (1-1 или 2-2).
9. Теплота, подводимая к потоку воздуха от электронагревателя на участке от сечения 1-1 до сечения 2-2, находится по показаниям вольтметра и амперметра:
где Iн – сила тока, потребляемого на нагрев трубы, А; Uн – напряжение, подаваемое на нагрев трубы, В.
10. Изменение энтальпии 1 кг потока воздуха
,
где ср– теплоемкость воздуха при постоянном давлении в(Дж/кг·К), значение которой выбирается из табл.3. при температуре t1.
11. Изменение кинетической энергии 1 кг потока воздуха
.
12. Мощность теплового потока, переданного потоку воздуха в трубе вынужденной конвекцией от внутренней поверхности трубы, находится с учетом (1) по формуле:
.
13. Тогда мощность теплового потока, переданного естественной конвекцией от наружной поверхности трубы окружающему воздуху:
.
14. Опытные значения коэффициентов теплоотдачи получаем по формулам (2), в которых – внутренняя поверхность трубы, равная 0,352, м2; Fнар – наружная поверхность трубы, равная 0,386, м2; средний температурный напор при вынужденной конвекции °C; средний температурный напор при естественной конвекции °C.
15. Расчетные значения коэффициента теплообмена для вынужденной конвекции находим с учетом (3) или (4) по формуле:
(6)
При вычислении критериев подобия по уравнениям (3) или (4) и коэффициента теплоотдачи по формуле (6) все теплофизические свойства воздуха (коэффициент теплопроводности λ, кинематическая вязкость ν, критерий Прандтля Pr1п) находятся из табл.3 интерполяцией при определяющей температуре − средней температуре потока в трубе, равной tп = 0,5·(t1 + t2); определяющим размером в формулах является внутренний диаметр трубы dвн = 0,0415, м; критерий Рейнольдса Reп следует рассчитывать при средней скорости потока воздуха в трубе Wсред = (W1+W2)/2.
16. Расчетные значения коэффициента теплообмена для свободной конвекции находим с учетом (5) по формуле:
(7)
При вычислении критериев подобия по уравнению (5) и коэффициента теплоотдачи по формуле (7) все теплофизические свойства воздуха (коэффициент теплопроводности λ, кинематическая вязкость ν, критерий Прандтля Pr2п) находятся из табл.3 интерполяцией при определяющей температуре − равной температуре потока, окружающего трубу tп = tокр; определяющим размером в формулах является наружный диаметр трубы dнар = 0,0455, м; коэффициент объемного расширения β для воздуха рассчитывается по формуле βп = 1/(273 + tокр), 1/К; критерий Грасгофа следует рассчитывать по разности температур ∆t2.
17. Результаты расчетов должны быть продублированы в форме сводной табл. 2.
Результаты расчетов Таблица 2
№ п/п |
Измеряемая величина |
Обозначение |
Един. измер. |
Номер опыта | ||
1 |
2 |
3 | ||||
1 |
Атмосферное давление |
Pатм |
Па |
|
92000 |
|
2 |
Перепад давления воздуха в воздухомере |
∆P |
Па |
|
6651 |
|
3 |
Плотность воздуха по состоянию в горле воздухомера |
ρв |
кг/м3 |
|
1,01 |
|
4 |
Расхода воздуха |
G |
кг/сек |
|
0,0430 |
|
5 |
Плотность воздуха в сечении 1-1 |
ρ1 |
кг/м3 |
|
1,14 |
|
6 |
Средняя скорость потока воздуха на входе в трубу в сечении 1-1 |
W1 |
м/с |
|
27,96 |
|
7 |
Плотность воздуха на выходе из трубы (сечение 2-2) |
ρ2 |
кг/м3 |
|
1,00 |
|
8 |
Средняя скорость потока на выходе из трубы (сечение 2-2) |
W2 |
м/с |
|
31,87 |
|
9 |
Теплота, вносимая электрическим током в систему (нагрев трубы) |
Qэ |
Вт |
|
263 |
|
10 |
Изменение энтальпии воздуха по потоку в системе (трубе) |
Δh |
Дж/кг |
|
4422 |
|
11 |
Изменение кинетической энергии потока воздуха в трубе |
ΔЭкин |
Дж/кг |
|
116,9 |
|
12 |
Теплота, передаваемая потоку воздуха в трубе |
Q1 |
Вт |
|
195,2 |
|
13 |
Теплота, передаваемая окружающему трубу воздуху |
Q2 |
Вт |
|
67,8 |
|
14 |
Средний температурный напор в условиях внутреннего теплообмена |
Δt1 |
°С |
|
6,00 |
|
15 |
Средний температурный напор в условиях внешнего теплообмена |
Δt2 |
°С |
|
29,2 |
|
16 |
Критерий Рейнольдса Reп = Wср·dвн/ν |
Reп |
|
|
71130 |
|
17 |
Критерий Прандтля в условиях вынужденной конвекции |
Pr1п |
|
|
0,699 |
|
18 |
Критерий Нуссельта в условиях вынужденной конвекции – по уравнению (3) или (4) |
Nu1п,d |
|
|
137 |
|
19 |
Критерий Грасгофа |
Grп |
|
|
405300 |
|
20 |
Критерий Прандтля в условиях естественной конвекции |
Pr2п |
|
|
0,703 |
|
21 |
Критерий Нуссельта в условиях естественной конвекции – уравнение (5) |
Nu2п,d |
|
|
11,55 |
|
22 |
Расчетный коэффициент теплоотдачи при вынужденной конвекции |
α1 расч |
Вт/(м·2К) |
|
92,4 |
|
23 |
Опытный коэффициент теплоотдачи при вынужденной конвекции |
α1 оп |
Вт/(м2К) |
|
92,4 |
|
24 |
Расчетный коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции |
α2 расч |
Вт/(м2·К) |
|
6,60 |
|
25 |
Опытный коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции |
α2 оп |
Вт/(м2·К) |
|
6,02 |
|