Описание экспериментальной установки
Экспериментальная установка состоит из пульта управления с вмонтированными в него контрольно-измерительными приборами, системы электрического питания и рабочего участка.
Принципиальная схема измерений установки для исследования естественной конвекции около горизонтальной трубы представлена на рис. 5. Рабочий участок представляет собой металлическую трубу, изготовленную из нержавеющей стали, расположенную горизонтально. Геометрические размеры рабочего участка задаются преподавателем из табл. 1 в зависимости от номера варианта. Нагрев рабочего участка осуществляется посредством пропускания по нему постоянного электрического тока низкого напряжения. Электропитание подводится к медным токоподводящим фланцам на концах трубы.
Для плавного регулирования напряжения электрообогрева рабочего участка предусмотрен автотрансформатор 1а. Для уменьшения потерь тепла торцы рабочего участка теплоизолированы. Падение напряжения на рабочем участке измеряется цифровым вольтметром 2а. Для измерения распределения температуры по контуру наружной поверхности трубы установлены шесть хромель-копелевых термопар (Т1-Т6).
Рис. 5. Принципиальная схема измерений установки для исследования
естественной конвекции около горизонтальной трубы
Горячие спаи термопар привариваются к наружной поверхности трубы и располагаются вдоль образующей контура поперечного сечения трубы под углом, отсчитываемым от нижней точки (φ = 0о ). Схема размещения термопар выводится на экран монитора вместе с управляемой мнемосхемой экспериментальной установки (см. рис. 6).
Термо – э.д.с. термопар измеряется милливольтметром с компенсацией температуры холодного спая (3в). В цепи измерения температур поверхности трубы предусмотрен переключатель термопар (4в), позволяющий последовательно подключать температурные датчики к милливольтметру. Для измерения средней температуры воздуха в лаборатории, вдали от трубы используется ртутный термометр с ценой деления 0,50С.
Порядок проведения опытов
1. Опыты производятся для двух труб с различным наружным диаметром. Для выполнения первой серии опытов необходимо запустить исполняемый файл программы «MMTP003K.exe». На экране высвечивается название лабораторной работы. После нажатия клавишы «enter» на монитор выводится изображение схемы свободного движения воздуха около горизонтальной трубы при малых температурных напорах с графиком распределения локальной скорости теплоносителя по толщине гидродинамического ламинарного слоя у поверхности трубы.
Далее необходимо опять нажать клавишу «enter» и в третьем открывшемся окне по рекомендациям преподавателя из табл. 1 в зависимости от номера варианта ввести конструктивные характеристики рабочего участка : l- обогреваемую длину трубы, м; d- наружный диаметр трубы, мм; δ- толщину стенки трубы, мм. Например: при l = 1,0 м, d = 20 мм и δ = 0,7 мм необходимо последовательно нажать на клавиатуре цифры «6», «1», «3» и подтвердить свой выбор нажатием клавиши «enter». На экране появляется мнемосхема экспериментальной установки, приведенная на рис. 6.
Таблица 1
|
Конструктивные характеристики рабочего участка |
Номер варианта | |||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 | |
|
l, м |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
|
d, мм |
20,0 |
26,0 |
32,0 |
38,0 |
44,0 |
50,0 |
|
δ, мм |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
2. Перед проведением опытов изучить мнемосхему и записать показания термометра, измеряющего температуру воздуха в лаборатории вдали от экспериментального участка tж , которые выводятся в левом верхнем углу мнемосхемы. Температура окружающей среды регистрируется до и после эксперимента. Определяется её среднее значение, которое записывается в табл. 2.
Рис. 6. Мнемосхема экспериментальной установки лабораторной работы
«Определение коэффициента теплоотдачи при естественной конвекции около горизонтального цилиндра»
3. Для выхода на первый режим, нажатием клавиши с цифрой «0», включить тумблер питания цепи электрического нагревателя «S1», при этом на панели цифрового вольтметра появится значение напряжения в цепи нагревателя U= … В, которое заносится в таблицу измерений (табл. 2).
Таблица 2
|
№ п/п |
1, мВ |
2, мВ |
3, мВ |
4, мВ |
5, мВ |
6, мВ |
U, В |
tж , 0С |
|
1-я серия опытов l= м, d= мм, δ= мм | ||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2-я серия опытов l= м, d= мм, δ= мм | ||||||||
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Поочередным нажатием клавиш «0», «1», «2», «3», «4,» «5», «6», вывести на панели цифрового милливольтметра значения термо – э.д.с. соответствующих термопар и занести их в табл. 2. Во время проведения измерений термо – э.д.с. термопара, подключаемая к милливольтметру, показывается на мнемосхеме мерцанием. После снятия значений термо – э.д.с. проверяется выход установки на стационарный тепловой режим. Показателем стационарности является выдерживание постоянных показаний однотипных термопар в течение, как минимум, пяти минут.
5. Для выхода на второй режим необходимо с помощью клавиши «7» изменить положение регулятора напряжения автотрансформатора «R», установить на вольтметре следующее новое значение напряжения U, занести его в табл. 2 и повторить действия, приведенные в пункте 4.
6. Аналогично п. 5 произвести выход на третий режим и повторить измерения (п. 4).
7. С помощью клавиши «8» сбросить напряжение на нагревателе, установив регулятор напряжения «R» в исходное положение. Нажав на клавишу «Escape», осуществить выход из программы.
9. Для проведения второй серии опытов необходимо повторить действия по запуску программы, приведенные в п. 1, и в третьем открывшемся окне по рекомендациям преподавателя ввести из табл. 1 в зависимости от номера варианта новые конструктивные характеристики рабочего участка : l, d, δ.
10. Выход на режимы № 4, 5, 6 и снятие показаний вольтметра и термопар на каждом из этих режимов производится в последовательности представленной в п. 2-6. Результаты измерений второй серии опытов занести в табл. 2 и показать преподавателю.
11. Произвести окончательный выход из программы в соответствии с п. 7.