Osnovy_teploperedachi_i_massoobmena_2015

6.Построить график стационарности (рис. 4). Для этого через каждые 20 с записывать показания вольтметра (ЭДС термопары). При установлении неизменности показаний прибора в течение 1,5 мин (то есть при наступлении стационарного режима) произвести измерения ЭДС термопар 1–4, устанавливая переключатель IV в соответствующее положение (1–4).

7.Установить переключатель V в положение Iтp, род измеряемой прибором VI величины – в положение «~» и измерить силу тока.

8.Аналогичным образом произвести измерение напряжения.

9.Измеренные величины занести в таблицу опытных данных

(табл. 2).

10.В соответствии с вариантом задания провести второй опыт.

11.По окончании опытов показать графики стационарности и опытные данные преподавателю. Отключить установку.

VI I

III

V

а

- 154 -

б

Рис. 3. Стенд к лабораторной работе (а) и схема экспериментальной установки (б): 1÷4 – № термопар, измеряющих разность температур между поверхностью трубки и воздухом в точках, расположенных под различными углами; I – теплоотдающая поверхность – стальная трубка, обогреваемая электрическим током; II –трансформатор; III – переключатель режима нагрева; IV – переключатель термопар; V – переключатель измеряемой величины; VI – вольтметр; VII – измерительный шунт; VIII – выключатель тока

Рис. 4. Образец графика стационарности

- 155 -

умножается на коэффициент КI: I=КI I, (А), где КI =450, Uэл – напряжение на рабочем участке нагревателя, измеряемое вольтметром. По значениям ei из градуировочного графика термопары определяется t; tж – температура окружающего воздуха; В – барометрическое давление.

Обработка опытных данных

1. Тепловой поток, подводимый электронагревателем, определяется по закону Джоуля-Ленца: Qэл I Uэл . После наступления стационарного режима этот тепловой поток отводится от горизонтальной трубы к омывающему воздуху за счет теплоотдачи Qк и излуче-

ния Qл (Вт), то есть Qэл Qк Qл .

Теплоотдающая поверхность трубы наружным диаметром d=0,04 м и длиной L=0,34 м составляет F= d L=0,0427 м2. Степень черноты поверхности трубы = 0,3; коэффициент объемного расши-

теплопроводности , [Вт/(м К)], в зависимости от температуры определяется по таблице теплофизических свойств воздуха из приложения.

- 156 -

2. Результаты расчетов занести в табл. 3 обработки опытных данных.

Таблица 3

- 157 -

Окончание табл. 3

Примечание. В числах подобия Nuжd и Grжd : индекс ж означает, что теплофизические свойства среды определяются при определяющей температуре tж индекс d – что в качестве определяющего размера использован наружный диаметр трубы.

3. На графике в координатах lg Nuжd –lg Grжd нанести опытные точки, принимая масштабы по осям равными

(lgNuжd ) 0,1 2,5 см, (lgGrжd ) 0,1 2,5 см.

Провести через них прямую (рис. 5), которая описывается уравнением

Согласно третьей теореме подобия уравнение (11) можно использовать при расчете для подобных процессов теплоотдачи при свободном движении воздуха около горизонтальной трубы, оно справедливо в области изменения определяющих чисел подобия Grжd, охваченных в эксперименте.

Из литературы [1, 2, 3] известно, что при свободном движении газообразной среды около горизонтальной одиночной трубы установлена зависимость

- 158 -

Рис. 5. Графический способ установления зависимости (9)

Возможное расхождение уравнения (11) с уравнением (12) можно объяснить тем, что обычно такие зависимости устанавливаются на основании большого количества экспериментального материала, а не по двум точкам, как в этой работе.

Контрольные вопросы

1.Конвективный теплообмен, теплоотдача. Механизм процесса.

2.Закон Ньютона-Рихмана. Коэффициент теплоотдачи , его физический смысл и размерность.

3.Факторы, которые оказывают влияние на интенсивность процесса

теплоотдачи, характеризуемого коэффициентом теплоотдачи .

4.Элементы теории подобия. Физический смысл чисел подобия. Теоремы подобия.

5.Основные вопросы, которые возникают при постановке экспериментального исследования процессов конвективного теплообмена.

6.Особенности процесса теплоотдачи при свободном движении воздуха около горизонтальной трубы. Формирование пограничного слоя, его влияние на интенсивность теплоотдачи.

7.Экспериментальная установка для исследования процесса тепло-

-159 -

отдачи при свободном движении воздуха около горизонтальной цилиндрической поверхности – трубы. Методика измерений.

8.Уравнение подобия, описывающее процесс теплоотдачи. Обобщение опытных данных, установление явного вида уравнения подобия.

9.Значение теории подобия как теории эксперимента.

10.От чего зависит интенсивность свободного движения? Как это учтено в уравнении подобия?

11.Источники погрешностей измерения. Виды погрешностей. Методика расчета.

Литература

1.Теплофизические свойства теплоносителей и рабочих тел энерготехнологических процессов и установок: метод. указания /сост.: В.А. Аляев [и др.]. – Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та. 2000. –

64 с.

2.Нащокин, В.В. Техническая термодинамика и теплопередача: учебник / В.В. Нащокин. – М.: Высш. школа, 2008. – 496 с.

3.Исаченко, В.П. Теплопередача: учебник / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. – М.: Энергия, 1981. – 416 с.

4.Практикум по теплопередаче / А.П. Солодов и [др.] – М.: Энергоатомиздат, 1986 – 296 с.

- 160 -

- 161 -

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ КИПЕНИИ ВОДЫ В БОЛЬШОМ ОБЪЕМЕ

ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ

Процесс кипения косвенно связан с выработкой электрической энергии и поэтому имеет большое значение для электроэнергетики, химической технологии и других отраслей промышленности. Следовательно, знание особенностей его протекания и выполнение инженерных расчетов при переносе теплоты от обогреваемой поверхности к кипящей жидкости и переходе ее в пар является одной из важнейших задач при подготовке инженеров.

Кипение – это процесс образования паровой фазы в жидкости, перегретой относительно температуры насыщения при данном давлении, то есть возникновение кипения возможно только при наличии перегрева жидкости относительно температуры насыщения при данном давлении. Величина перегрева жидкости относительно температуры насыщения зависит от физических свойств жидкости ее чистоты, давления, а также от свойств обогреваемой поверхности, контактирующей с кипящей жидкостью.

Цель работы: ознакомиться с механизмом процесса теплоотдачи при кипении и техникой его экспериментального исследования; освоить методику обобщения опытных данных на основе метода подобия.

Задание

1.Провести опыты по исследованию теплоотдачи при кипении воды на трубке диаметром dн=5,0 мм, обогреваемой электрическим током, при трех тепловых режимах, указанных в варианте задания

(табл. 1).

2.Путем обобщения опытных данных установить явный вид уравнения подобия:

Nu* = f (Re*, Pr).

3. Составить отчет по выполненной работе, который должен содержать: задание, основы теории (кратко), схему экспериментальной установки, таблицу опытных данных, результаты обработки, включая таблицы и графики.

- 162 -