Osnovy_teploperedachi_i_massoobmena_2015

Характер изменения температур внутренней поверхности трубки и воздуха, протекающего внутри нее, в зависимости от отно-

шения х иллюстрируется рис. 3. Здесь х – продольная координата

dвн

по длине трубки.

, ж

′′ж

Рис. 3. Изменения температур внутренней поверхности трубки и воздуха, протекающего внутри нее

На рис. 3 tжх – температуры воздуха в сечениях трубы 1 10, рассчитываются по уравнению (6).

Схема движения воздуха и формирование теплового пограничного слоя изображены на рис. 1а.

- 183 -

Порядок выполнения работы

1. Перед включением установки убедиться, что ручка регулятора напряжения VII выведена по часовой стрелке до упора, ручка переключателя IX находится в положении «Uтp» и род измеряемой прибором X величины – в положении «~» (переменный ток).

2. Включить цифровой измерительный прибор X для его прогрева в течение 5 мин (не менее).

3. В соответствии с вариантом задания по ротаметру установить расход воздуха П по положению поплавка в делениях.

4.Включить установку (переключатель XII).

5.Установить напряжение на трубке регулятором напряжения VII в соответствии с вариантом задания.

6.Перевести переключатель IX в положение «ЭДС», род измеряемой прибором X величины – в положение «=» (постоянный ток), переключатель термопар VIII – в положение 11.

7.Построить график стационарности (рис. 4). Для этого через каждые 2 мин записывать показания вольтметра е,mv (ЭДС термопа-

ры 11). При установлении неизменности показаний прибора в течение 6 мин (то есть при наступлении стационарного режима) произвести измерения ЭДС термопар 1–11, устанавливая переключатель VIII в соответствующее положение (1–11).

Рис. 4. График стационарности (образец)

- 184 -

9. Провести опыт при втором тепловом режиме в соответствии с заданием.

Обработка опытных данных

1. Для каждого опыта требуется вычислить коэффициент теплоотдачи в десяти сечениях трубы по формуле

этом полагая, что местная и средняя плотности теплового потока приблизительно одинаковы. Поэтому

где R – сопротивление трубки, Ом; Uтр – напряжение на трубке, В;

Qпот – потери теплоты от наружной поверхности трубки в окружаю-

щую среду. Qпот может быть определен из соотношения

ки; tcн – средняя арифметическая температура наружной поверхности стенки; tсн=0,5(tсн1+tсн10), °C; tв – температура воздуха, окружающего трубку, °C. Принимаем ~ 5 Вт/(м2*К). Тогда из (4) получаем

воздуха внутри трубки по ее длине изменяется линейно, ее можно рассчитать по уравнению:

где tж' и tж" – температуры воздуха во входной и выходной камерах.

Результаты обработки опытных данных записать в табл. 4 и табл. 5 для двух серий опытов.

- 186 -

Таблица 5

каждого опыта, которая определяется из уравнений массового расхода

d 2

где f вн – площадь внутреннего поперечного сечения трубы.

4

Отсюда

участка термической стабилизации, на котором коэффициент теплоотдачи уменьшается от значения max на входе в трубу до предельного значения, равного ∞ на участке стабилизированного теплообмена.

- 187 -

СNu 1 Nu 2 . Re1n Re2n

Записать уравнение подобия в явном виде:

Nu жd С Reжnd ... .

Сравнить полученное уравнение с уравнением, представленным в литературе. Для расчета среднего коэффициента теплоотдачи при вынужденном турбулентном движении воздуха в трубе в литературе

Согласно третьей теореме подобия полученное уравнение подобия можно использовать для расчета для подобных процессов теплоотдачи в области изменения определяющих чисел подобия, охваченных в эксперименте. В данной работе определяющим числом подобия является число Re.

Контрольные вопросы

1.Что следует понимать под терминами «конвективный теплообмен»

и«теплоотдача»?

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

3.Экспериментальная установка для исследования процесса теплоотдачи при вынужденном турбулентном движении воздуха внутри трубы.

4.Особенности процесса теплоотдачи при вынужденном турбулентном движении воздуха на начальном участке трубы.

5.Как рассчитать местные коэффициенты теплоотдачи на основе данных опыта?

6.Как изменяются местные коэффициенты теплоотдачи в зависимости от продольной координаты на начальном участке?

7.Как влияет изменение местных коэффициентов теплоотдачи на начальном участке на средний коэффициент теплоотдачи?

8.Как влияет скорость движения воздуха на интенсивность процесса теплоотдачи?

9.Уравнение подобия, описывающее процесс теплоотдачи в общем виде.

10.Как установить явный вид уравнения подобия на основе данных опыта? Как записать уравнение подобия, описывающее процесс

-189 -

теплоотдачи при вынужденном турбулентном движении воздуха внутри трубы?

11.Какова область применения уравнения подобия, описывающего процесс теплоотдачи при вынужденном турбулентном движении воздуха внутри трубы?

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.

- 190 -

Лабораторная работа № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЫ МЕТАЛЛОВ

Тепловое излучение

Тепловое излучение есть процесс распространения внутренней энергии излучающего тела в пространстве путем электромагнитных волн. Возбудителями электромагнитных волн являются сложные внутриатомные и внутримолекулярные возмущения, в результате которых внутренняя энергия нагретого тела частично превращается в энергию теплового излучения. Таким образом, носителем теплового излучения являются электромагнитные волны. Все виды электромагнитного излучения (космическое, гамма-излучение, рентгеновское, ультрафиолетовое, световое, инфракрасное, радиоволны) имеют одинаковую природу и различаются только длиной волны.

Электромагнитные волны распространяются в вакууме со скоростью света, равной 3·108 м/с. Следует отметить, что природа теплового излучения существенно отличается от переноса теплоты как теплопроводностью, так и конвективным теплообменом.

Цель работы: ознакомиться с основными положениями теории теплообмена излучением; освоить экспериментальный метод определения степени черноты металлов.

Задание

1. Провести опыты по определению степени черноты нихромовой и вольфрамовой проволок калориметрическим методом при трех значениях температуры. Температура зависит от электрической мощности, подводимой к проволоке, которая задается силой тока в соответствии с вариантом задания (табл. 1)

2. Составить отчет о выполненной работе, который должен содержать: задание, основы теории (кратко), схему экспериментальной установки, таблицу опытных данных, результаты обработки и графики, выполненные на бумаге в клеточку.

- 191 -

Таблица 1

Варианты заданий для выполнения работы

янно испускают лучистую энергию и поглощают падающую на них от других тел лучистую энергию. В результате этих явлений, связанных с двойным взаимным превращением энергии (тепловая – лучистая – тепловая), и осуществляется процесс теплообмена излучением [1-4].

Наряду с теплопроводностью и конвективным теплообменом лучистый теплообмен является одним из трех элементарных видов переноса теплоты. Этот процесс вносит существенный вклад в общий теплообмен в высокотемпературных аппаратах химической технологии, например в пиролизных печах, топочных камерах и т.д. Важнейшими теплофизическими характеристиками излучающих поверхностей являются коэффициент излучения С и степень черноты .

Тепловое излучение свойственно всем телам. Излучение про-

обычно учитывается в технических расчетах. В этом интервале длин волн лучистая энергия поглощается телами, превращаясь в тепловую энергию, и проявляется через изменение внутренней энергии этих тел. Такое излучение называют тепловым. Ему присущи все известные нам свойства света: поглощение, отражение, преломление.

- 192 -