Обработка результатов измерений

1. По табл. П.1 приложений осуществить перевод измеренных на четырех режимах значений термо – э.д.с. для десяти хромель-копелевых термопар в температуру t_{i ,}⁰С и занести их величины в таблицу результатов обработки измерений (табл. 2).

Таблица 2

№ п/п

t1, oC

t2, oC

t3, oC

t4, oC

t5, oC

t6, oC

t7, oC

t8, oC

t9, oC

t10, oC

oC

, Ом·м

R, Ом

Q, Вт

Qл, Вт

Qк, Вт

1

2

3

4

2. Для каждого из четырех режимов определить:

а) среднюю температуру поверхности вертикальной трубы

0С, 0k,

где i-номер термопары;

б) количество теплоты, выделяемое на экспериментальном участке в результате пропускания по нему электрического тока

Вт,

где U-напряжение подаваемое на экспериментальный участок, В; R- электрическое сопротивление трубы, определяемое по формуле

Ом.

Рис.10. Мнемосхема экспериментальной установки лабораторной работы

«Определение коэффициента теплоотдачи при естественной конвекции около вертикального цилиндра»

 - величина удельного электрического сопротивления материала трубы (нержавеющей стали) находится в зависимости от средней температуры стенки трубы по эмпирической зависимости /1,4/

 =7,3·10 ^-7·[(+273)/273]^0,236 Ом·м;

f=(/4)·(d²-d₀²) - площадь поперечного кольцевого сечения трубы, м²;

d₀ = d-2·δ -внутренний диаметр трубы, м; L, d, δ - длина рабочего участка, наружный диаметр и толщина стенки вертикальной трубы, м;

в) количество теплоты, отдаваемое поверхностью трубы в окружающее пространство посредством излучения

Q_л=5,67· ·F[(T_c /100)⁴-(T_ж /100)⁴] Вт,

где - степень черноты поверхности трубы, принимаемая 0,15; F=·d·L - площадь наружной поверхности трубы, м²; Т_с- средняя по высоте температура поверхности трубы, ^оК; Т_ж = (t_ж +273) - температура теплоносителя вдали от поверхности трубы, ^оК;

г) количество теплоты, отдаваемое поверхностью трубы посредством конвекции Q_к, определяемое как разность между теплотой, выделяемой электрическим током Q, и теплотой, отдаваемой посредством лучистого теплообмена Q_л,

Q_к= Q-Q_л Вт;

д) среднюю плотность теплового потока с поверхности трубы, обусловленную теплообменом посредством естественной конвекции

q= Q_к /(·d L) Вт/м²,

е) средний по поверхности трубы коэффициент теплоотдачи естественной конвекцией по формуле Ньютона-Рихмана

= q / Вт/м²·К,

где = (– t_ж ) -средний температурный напор, ^оС.

3. По результатам расчетов (табл. 3) построить график зависимости среднего коэффициента теплоотдачи от среднего температурного напора = f().

Таблица 3

№ п/п	, oC	q, Вт/м2	, Вт/м2·К	Nuhж	Prж	Grhж	Grhж·Prж	n	C
1
2
3
4

4. Для каждого из четырех режимов определить:

а) число Нуссельта

Nu_жh = ·h /_ж;

б) число Грасгофа

Gr_жh= (g·_ж ·h³·_ж²·) / _ж² = (g·_ж ·h³·) / ν_ж²; (3.6)

в) число Прандтля

Pr_ж = _ж / a_ж,

где h = L - характерный размер, равный длине вертикальной трубы, м; g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения; _ж=1/Т_ж - коэффициент объемного расширения, К^-1; _ж -коэффициент теплопроводности, Вт/м·К; a_ж - коэффициент температуропроводности, м²/с; _ж - коэффициент динамической вязкости, Па·с; и _ж - коэффициент кинематической вязкости, м²/с; - средний температурный напор. Теплофизические свойства теплоносителя находятся по приложениям (табл. П.2, П.5) в зависимости от определяющей температуры t_ж. Результаты расчетов сводятся в табл. 3.

5. По данным табл. 3 построить в логарифмических координатах график зависимости

lgNu_жh = f [lg(Gr_жh ·Pr_ж)]

для среднего (по высоте трубы) значения числа Нуссельта Nu_жh от произведения (Gr_жh·Pr_ж). На зависимость наносятся соответствующие экспериментальные точки (см. рис. 7).

6. По результатам обработки опытных данных определить постоянные C и n в уравнении подобия, которое в случае стационарной естественной конвекции рассматриваемых теплоносителей около вертикальной стенки (цилиндра) имеет вид

Nu _жh =C·(Gr_жh·Pr_ж)ⁿ

В логарифмических координатах эта зависимость представляет собой прямую lgNu_жh = lgС+ n·lg (Gr_жh·Pr_ж) с угловым коэффициентом, равным показателю степени n = tg γ, где γ - угол наклона прямой к оси абсцисс lg (Gr_жh·Pr_ж) , измеряемый в градусах. Постоянная С представляет собой отрезок, получаю­щийся при пересечении прямой с осью ординат lgNu_жh (см. рис. 7). Значение постоянной С определяется из выражения С= Nu_жh /(Gr_жh·Pr_ж)ⁿ по любой точке аппроксимирующей прямой.

7. Полученную экспериментальную зависимость Nu_жh =C·(Gr_жh·Pr_ж)ⁿ сопоставить с теоретическими для ламинарного и турбулентного режимов движения теплоносителя в пограничном гидродинамическом слое (формулы (3.3) и (3.4)).

8. По данным табл. 2 для одного из режимов рассчитать значения локальных по высоте трубы температурных напоров и плотностей теплового потока,

Δt_i = (t_сi – t_ж ) ^оС,

q_i = (Q - Q_лi ) /(·d·L_i ) Вт/м²,

где i-номер термопары; L_i -длина участка трубы, соответствующего i-й термопаре, отсчитываемая от нижнего конца вертикальной трубы до точки измерения локальной температуры (см. табл. 4). Лучистая составляющая теплового потока при локальной температуре поверхности трубы T_ci =(t_сi +273) ^оK определяется по формуле

Q_лi=5,67· ·F[(T_ci /100)⁴-(T_ж /100)⁴] Вт.

9. Определить значения локальных по высоте трубы коэффициентов теплоотдачи

_i = q_i /t_i Вт/м²·К.

Результаты расчетов заносятся в табл. 4.

Таблица 4

i	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Li, м	0,125	0,275	0,425	0,575	0,725	0,875	1,025	1,175	1,325	1,475
Δti ,оС
Tci ,оК
Qлi, Вт
qi, Вт/м2
i , Вт/м2·К

10. По данным табл. 4 построить график изменения локального коэффициента теплоотдачи вдоль нагретой вертикальной стенки _i=f(L_i).