4. Описание опытной установки

Схема установки представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема установки

Опытный элемент представляет собой горизонтально расположенный трубчатый электронагреватель (ТЭН). За счёт нанесённой на его поверхность теплоизоляции две половины его имеют различные внешние диаметры: d₂ и d_3. Таким образом, здесь исследуется процесс теплоотдачи от двух цилиндров разного диаметра, покрытых алюминиевой фольгой. Температуры поверхностей цилиндров измеряются посредством термопар 2, 4, 6, 8, которые поочерёдно подключаются с помощью переключателя 10 через холодный спай 11 к потенциометру 12.

К полученным по показаниям термопар температурам необходим прибавить температуру воздуха помещения t_в.

Электрическая нагрузка нагревателя регулируется посредством лабораторного автотрансформатора, а величина её измеряется ваттметром.

5. Выполнение эксперимента и обработка опытных данных

Опыт проводят на трёх стационарных температурных режимах.

Результаты замеров и расчётов заносят в таблицу 2.

Таблица 2

№ п/п	Показания термопар в Мв и ℃				Показание ваттметра	Температуры поверхностей		αˈк	αˈˈк
	1	3	5	7
	t1	t3	t5	t7	W, Вт	tˈСТ,℃	tˈˈСТ,℃	Вт/м2К	Вт/м2К
1
2
3

W – электрическая нагрузка нагревателя, Вт.

Средние температуры поверхностей определяют:

tˈ_ст = 0.5 ( t₁ + t₃ ), ℃ ( 3 ) tˈˈ_ст = 0.5 ( t₅ + t₇ ), ℃ ( 4 )

Суммарные коэффициенты теплоотдачи находят по формулам:

αˡ = , ( 5 ); αˡˡ = , ( 6 )

где Q = 0.5 W – величина теплового потока, Вт

Δtˡ = t_стˡ - t_в, Δtˡˡ = t_стˡˡ - t_в.

Fˡ и Fˡˡ - величина боковой поверхности цилиндров, м²:

F=πdl/2

Коэффициенты теплоотдачи конвекцией могут быть найдены из соотношений:

αˡ_к = αˡ – αˡ_л, ( 7 ) αˡˡ_к = αˡˡ – αˡˡ_л, ( 8 )

где αˡ_л и αˡˡ_л – коэффициенты теплоотдачи излучением с поверхностей Fˡ и Fˡˡ, которые определяются:

αˡ_л = , ( 9 ) αˈˈ_л = , ( 10 )

ε = 0.2 – степень черноты поверхности.

C₀ = 5.67 Вт / м²К – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела.

Полученные результаты опыта представляются в виде графика зависимости α_к = f( Δt), а также в виде критериального уравнения:

Nu_в,d = C( Gr · Pr )ⁿ_в,d, ( 11 )

где Nu_в,d = - критерий Нуссельта,

Gr · Pr = - произведение критериев теплового подобия

Грасгофа и Прандтля,

λ_в, ν_в – теплопроводность и кинематическая вязкость воздуха при температуре t_в (из таблиц),

β_в = - коэффициент объёмного расширения воздуха.

Критерий Pr берут из таблиц при t_в.

По полученным результатам необходимо определить численные значения константы “ С ” и показателя “ n ”, проведя аппроксимацию опытных точек в системе координат

Nu_в,d = f( Gr · Pr )_в,d.

Исходные данные для лабораторной работы:

При температуре 20ºС: критерий Прандтля Pr=0,703; теплопроводность воздуха λ_в=2,593·10^-2 Вт / мК; кинематическая вязкость воздуха ν_в=15,06·10^-6 м²/с.

Рисунок 4 – Графическая аппроксимация опытных данных