4.4. Обработка результатов опыта

Поскольку условия бесконечности трубы выполняются не строго, при обработке результатов эксперимента следует пользоваться так называемым «рабочим участком» трубы, в пределах которого значения ЭДС внутренних термопар одинаковые. В лабораторной установке такой участок охватывает три средние термопары, его длина l_р равна 400 мм, поэтому определение  следует производить по формуле (27), используя параметры рабочего участка и считая :

,

(28)

где Р – электрическая мощность нагревателя, Вт.

Значение температуры внутренней и наружной поверхностей изо­ляции определяется как среднеарифметическое для соответ­ствующих термопар, расположенных на рабочем участке, по формулам:

; .

(29) (30)

Значение коэффициента теплопроводности , получен­ное в опыте, сравнивается с значением, найденным в литературных источниках.

Подсчитывается возможная максимальная относительная погрешность опыта в процентах.

4.5. Содержание отчета

1) Название и цель работы.

2) Теоретические основы определения коэффициента теплопроводности теплоизоляции «методом трубы».

3) Схема лабораторной установки и ее описание.

4) Таблица результатов измерений и расчетов.

5) Расчет коэффициента теплопроводности асбестовой изоляции.

6) Ответы на контрольные вопросы.

4.6. Контрольные вопросы

1) В каких пределах находятся значения коэффициентов теплопроводности для газов, жидкостей, строительных и изоляци­онных материалов?

2) Как определяется температура теплоизоляции в слое диаметром 45 мм для условий проведенного опыта?

3) С чем связаны систематические и случайные ошибки опыта и как их можно уменьшить?

Лабораторная работа 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ КОНВЕКЦИЕЙ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ТРУБЫ ПРИ СВОБОДНОМ ДВИЖЕНИИ ВОЗДУХА

Цель работы:

1) закрепить теоретические знания по разделам «Теория подобия» и «Теплоотдача при свободном движении жидкости»;

2) приобрести навыки экспериментального опре­деления коэффициентов теплоотдачи.

5.1. Теоретические основы метода определения коэффициента теплоотдачи

Для бесконечно длинной цилиндрической трубы в стационарном тепловом состоянии тепловой поток, подводимый от нагревателя, рассеивается в окружающую среду путем конвективного и лучистого теплообмена. Уравнение теплового баланса запишется в виде:

,

(31)

где Q – мощность нагревателя, Вт;

_к – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м²К);

F – площадь поверхности трубы, м²;

Т_пов, t_пов – температура поверхности трубы, К, °С;

Т_ср, t_ср – температура окружающей среды, К, °С;

С_s – коэффициент излучения абсолютно черного тела, С_s = 5,67 Вт/(м²К⁴);

 – степень черноты поверхности трубы;

Из формулы (31), получаем коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²К):

.

(32)

Выражение (32) может быть принято за основу опытного определения коэффициента теплоотдачи конвекцией гори­зонтальной трубы при свободном движении воздуха.

5.2. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка схематически изображена на рис. 5. Внутри латунной трубы 1 длинойl = 1,2 м и наружным диаметром d = 38 мм расположен электрический нагреватель 2, служащий источником тепла. Для измерения силы тока и напряжения в цепи электронаг­ревателя включены амперметр 4 и вольтметр 5. Измерение значений температуры поверхности трубы осуществляется с помощью хромель-капелевых термопар 3, подключенных через многоточечный перек­лючатель 6 к милливольтметру 7. Пять термопар заложены в стенку трубы по одной образующей на расстоянии 200 мм друг от друга, причем третья термопара находится посередине трубы. На­ружная поверхность трубы полированная ( = 0,45). Пита­ние электронагревателя предусмотрено от сети 220 В через лабораторный трансформатор 8. Температура окружающего воздуха измеряется ртутным термометром.