5.2. Схема и описание установки

В экспериментальной лабораторной установке (рис. 8) теплоотдающей стенкой является нихромовая проволока 3 (струна) длиной 1,54 м и диаметром 0,0005 м, по которой пропускается электрический ток напряжением до 30 В. Размеры струны определяют теплоотдающую поверхность F, которая равна 0,002419 м². Струна удерживается в вертикальном положении стойкой 1 с двумя кронштейнами. В верхнем кронштейне 2, изолированном от массы установки, неподвижно закреплен один конец струны. Другой конец струны зажат в головке индикатора часового типа 5. Головка индикатора свободно перемещается в изоляторе-держателе 4 нижнего кронштейна. Груз 6 обеспечивает постоянное по величине натяжение струны. Напряжение от сети 220 В подводится через автотрансформатор к держателю 2 и головке индикатора 5. Для определения мощности теплового потока служат вольтметр 7 и амперметр 8.

16

	Все результаты измерений записываются в протокол наблюдений (табл. 10) при стационарном режиме. О стационарности режима можно судить по неизменности показаний индикатора удлинения струны, т. е. по постоянству температуры струны.
Рис. 8. Схема лабораторной установки

Таблица 10

Протокол наблюдений

Измеряемая величина	Обозначение	Единица измерения	Номер опыта
			1	2	3	4	5
Удлинение струны		мм
Сила тока	I	А
Напряжение	U	В
Температура окружающей среды	tокр	С
Барометрическое давление	В	мбар

5.3. Обработка результатов измерений

1) Атмосферное давление рассчитывается с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по уравнению, Па:

. (83)

17

2) Температурный напор (разность температуры струны и окружающей среды) вычисляется по эмпирической формуле в зависимости от удлинения струны, С:

, (84)

где – удлинение струны, мм.

3) Средняя температура струны, С,

. (85)

4) Мощность теплового потока, выделенная при прохождении электри-ческого тока по струне, Вт,

. (86)

5) Мощность теплового потока, проходящего через поверхность струны в окружающую среду за счет теплового излучения, определяется по закону Стефана-Больц-мана, Вт:

, (87)

где  = 0,64 – 0,76 – степень черноты нихромовой проволоки;

С₀ = 5,67 Вт/(м² К⁴) – коэффициент излучения абсолютного черного тела.

6) Мощность теплового потока, проходящего через поверхность струны в окружающую среду за счет свободной конвекции, Вт,

. (88)

7) Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²К),

. (89)

18

8) Теплофизические свойства воздуха (окружающей среды) при определяющей температуре t_опр = t_окр:

плотность, кг/м³,

, (90)

где R = 287 Дж/(кгК) – газовая постоянная воздуха;

коэффициент объемного расширения, 1/К,

; (91)

коэффициент теплопроводности, Вт/(мК),

; (92)

коэффициент кинематической вязкости, м²/с ,

; (93)

коэффициент температуропроводности, м²/с,

, (94)

где с_р = 1006 Дж/(кгК) – теплоемкость воздуха.

9) Критерий Нуссельта

. (95)

19

10) Критерий Грасгофа

. (96)

11) Критерий Прандтля

. (97)

Результаты расчетов записываются табл. 11.

Таблица 11

Результаты расчетов

Измеряемая величина	Обозна-чение	Единица измерения	Номер опыта
			1	2	3	4	5
Температурный напор (разность температуры струны и окружающей среды)		С
Средняя температура струны	tст	С
Количество тепла, выделенного электрическим током	Qэ	Вт
Количество тепла, отданного излучением	Qи	Вт
Количество тепла, отданного конвекцией	Q	Вт
Коэффициент теплоотдачи		Вт/(м2К)
Коэффициент объемного расширения воздуха		1/К
Теплоемкость воздуха	ср	Дж/(кгК)
Коэффициент теплопроводности воздуха		Вт/(мК)
Плотность воздуха		кг/м3
Коэффициент температуропро-водности воздуха	a	м2/с
Коэффициент кинематической вязкости воздуха		м2/с
Критерий Нуссельта	Nu	–
Критерий Грасгофа	Gr	–
Критерий Прандтля	Pr	–

20