Обработка результатов измерений

1. Для каждого из четырех режимов определить:

а) среднюю температуру поверхности трубы

0С, где I-номер термопары;

б) среднюю температуру воздуха в трубе

⁰С;

в) 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;

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

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

f=(/4)·(D²-d²) - площадь поперечного кольцевого сечения трубы, м²; D = d+2·δ -наружный диаметр трубы, м; L, d, δ - длина рабочего участка, внутренний диаметр, и толщина стенки трубы, м;

Таблица 3

№ п/п	Н, Па	, oC	, oC	, Ом·м	R, Ом	Q, Вт	Qп, Вт	", кг/м3	W"ж, м/с	G, кг/с
1	200
2	400
3	800
4	1600

г) скорость воздуха на выходе из рабочего участка и расход воздуха через рабочий участок, измеряемые трубкой Пито,

м/с;

кг/с,

где: - плотность воздуха в измерительном сечении, кг/м³; Н -динамический напор, измеряемый трубкой Пито, Па; Р -разрежение на выходе из рабочего участка, Па; R = 289 Дж/кг·К- газовая постоянная воздуха; В - барометрическое давление, Па;  = 0,96 - коэффициент, полученный по результатам градуировки расходомерного устройства; F=·d²/4-площадь поперечного сечения трубы, м²; d = 0,0085 м - внутренний диаметр трубы;

д) потери тепла с наружной поверхности трубки в окружающую среду за счет свободной конвекции, излучения и концевых потерь

Вт,

где k = 0,18 Вт/К - коэффициент, определенный опытным путем /1, 4/.

Результаты расчетов заносятся в табл. 3.

2. По данным табл. 2 для каждого из четырех режимов определить:

а) значения температурного напора в сечениях трубки с координатами х_i (i= 1, 2,…, 10) /1,4/

⁰C,

где х_i - координаты горячих спаев термопар, м (см. табл. 1); L= 0,725 м - длина всего рабочего участка;

б) локальные значения коэффициента теплоотдачи /1, 4/

Вт/м²·К;

Результаты расчетов заносятся в табл. 4.

в) средние значения коэффициента теплоотдачи (при определении среднего значения коэффициента теплоотдачи значения ₁ и ₁₀ исключаются из рассмотрения ввиду влияния утечек теплоты с торцов рабочего участка) /1, 4/

Вт/м²·К,

где L_i -длина участка трубы, соответствующего i-й термопаре, м (см. рис. 15 и табл. 4).

Результаты расчетов для каждого из режимов заносятся в табл. 5.

3. По данным табл. 4 для одного из режимов построить график зависимости локального коэффициента теплоотдачи от длины участка трубы

Таблица 4

i	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
xi, м	0,025	0,045	0,085	0,155	0,250	0,370	0,490	0,610	0,695	0,715
Li, м	0,0225	0,030	0,055	0,0825	0,1075	0,120	0,120	0,1025	0,0525	0,015
Н = 200 Па, tж' =... оС, tж" =…, оС, Q= …Вт, Qп= … Вт, = … Вт/м2·К
Δti ,оС
i , Вт/м2·К
Н = 400 Па, tж' =... оС, tж" =…, оС, Q= …Вт, Qп= … Вт, = … Вт/м2·К
Δti ,оС
i , Вт/м2·К
Н = 800 Па, tж' =... оС, tж" =…, оС, Q= …Вт, Qп= … Вт, = … Вт/м2·К
Δti ,оС
i , Вт/м2·К
Н = 1600 Па, tж' =... оС, tж" =…, оС, Q= …Вт, Qп= … Вт, = … Вт/м2·К
Δti ,оС
i , Вт/м2·К

4. Для каждого из четырех режимов, приняв за определяющий размер внутренний диаметр трубы d, а за определяющую температуру -среднюю температуру жидкости , определить:

а) число Нуссельта Nu_жd = ·d /_ж;

б) число Рейнольдса ,

где _ж - коэффициент теплопроводности, Вт/м·К, и _ж -коэффициент кинематической вязкости, м²/с. Теплофизические свойства теплоносителя для каждого опыта находятся по приложениям (табл. П.2, П.5) в зависимости от определяющей температуры (см. табл. 3). Результаты расчетов сводятся в табл. 5.

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

lgNu_жd = f (lgRe_жd)

для среднего (по длине трубы) значения числа Нуссельта Nu_жd от числа Рейнольдса Re_жd. На зависимость наносятся соответствующие экспериментальные точки.

Таблица 5

№ п/п	Н, Па	, Вт/м2·К	Nuжd	Reжd	n	C	Ру, Па	Pтр, Па		б
1	200
2	400
3	800
4	1600

7. По результатам обработки опытных данных определить постоянные C и n в уравнении подобия. При турбулентном режиме движения воздуха в трубе уравнение подобия имеет вид

Nu _жd =C·(Re_жd)ⁿ.

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

8. Полученную экспериментальную зависимость Nu_жd =C·(Re_жd)ⁿ сопоставить с теоретической при турбулентном режиме движения теплоносителя в пограничном гидродинамическом слое (формула (4.4)).

9. Для каждого режима определить коэффициент гидравлического сопротивления по данным опыта /1, 4/

,

где P_тр =(Р- Р_у) - падение давления за счет трения, Па;

Р - измеренная разность статических давлений на участке трубы длиной L= 0,725 м (см. табл. 2), а Р_у - потеря давления на ускорение потока газа, обусловленная его нагреванием /1, 4/

Па.

10. Сопоставить коэффициент гидравлического сопротивления, полученный в опыте с рассчитанным по эмпирической формуле Блаузиуса /1,4/

_б = 0,3164/(Re_жd)^0,25.

Результаты расчетов записываются в табл. 5.