Вариант 6 КУРСОВАЯ + ЛАБЫ / Курсовая / Лаба 3 / Лаба 3

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

(РУТ (МИИТ))

ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра «Инженерная защита окружающей среды»

Направление (специальность) УЗС-311«Инженерная экология»

Лабораторная работа

Анализ зависимости коэффициента теплоотдачи для вертикального цилиндра при свободном движении среды

Выполнил:

Крюков Н.С.

Проверил:

Тимошенкова Е.В.

МОСКВА-2017

Задание

№ варианта	Задание
6	1Б; 2Г; 3А

№1

Исследование зависимости коэффициента теплоотдачи от температурного напора

Вариант	Теплоноситель	Высота цилиндра, мм	tст, оС	tж, оС
Б	Вода	3000	20	от 25 до 90

№ 2

Исследование зависимости коэффициента теплоотдачи от высоты цилиндра

Вариант	Теплоноситель	Высота цилиндра, мм	tст, оС	tж, оС
Г	Дымовые газы	от 1000 до 3000	35	450

№ 3

Исследование зависимости коэффициента теплоотдачи от плотности теплоносителя

Вариант	Теплоноситель	Высота цилиндра, мм	tст, оС	tж, оС
А	Сухой воздух	5000	22	от 50 до 80

Горячий теплоноситель омывает «холодный» вертикальный цилиндр. Движение теплоносителя свободное.

При изучении теплообмена на модели в условиях естественной конвекции между вертикальным цилиндром и теплоносителем при его ламинарном режиме течения была получена следующая обобщенная зависимость:

Необходимо построить следующие зависимости:

1. коэффициента теплоотдачи от температурного напора α = f(Δt)

2. коэффициента теплоотдачи от высоты цилиндра α = f(H)

коэффициента теплоотдачи от плотности теплоносителя α = f(ρ_ж)

Решение:

Задание 1Б

25 ̊

60 ̊

90 ̊

Критерий Грасгофа:

_{Где – коэффициент объемного расширения К-1:}

_{- для идеальных газов определяется по формуле:}

-для капельных жидкостей

25 ̊

60 ̊

90 ̊

_{g=9.8 = 10 м/с2 – ускорение свободного падения}

t_ж – температура теплоносителя в ядре потока, омывающего цилиндр, ⁰С

Δt= (t_ж – t_ст.) – температурный напор (разница температур между температурой теплоносителя в ядре потока t_ж и температурой теплоносителя на поверхности цилиндра t_ст.)

_{νж – вязкость теплоносителя при определенной температуре в ядре потока воздуха, м2/с.}

25 ̊

60 ̊

90 ̊

_{Критерий Прандля для теплоносителя с температурой в ядре потока находится из справочной литературы или по формуле:}

25 ̊

60 ̊

90 ̊

_{аж – коэффициент температуропроводности для теплоносителя с температурой в ядре потока определяется из справочной литературы, м2/с.}

_{Критерий Прандля для теплоносителя с температурой на поверхности стенки цилиндра находится из справочной литературы или по формуле:}

25 ̊

60 ̊

90 ̊

_{νст – вязкость теплоносителя при определенной температуре на поверхности стенки цилиндра, м2/с.}

_{аст – коэффициент температуропроводности для теплоносителя с температурой на поверхности стенки цилиндра определяется из справочной литературы, м2/с.}

25 ̊

60 ̊

90 ̊

_{Критерий подобия Нуссельта определяется по формуле:}

_{25 ̊}

_{60 ̊}

_{90 ̊}

_{α – коэффициент теплоотдачи, Вт/м2 0С}

_{λж – коэффициент теплопроводности теплоносителя при определенной температуре, Вт/м 0С, находится из справочной литературы}

_{H – высота цилиндра, м}

1. Для построения зависимости коэффициента теплоотдачи от температурного напора α = f(Δt)

Необходимо в данную формулу подставлять различные данные по температурному напору Δt, ⁰С, и рассчитать коэффициент теплоотдачи α для каждого случая:

25 ̊

60 ̊

90 ̊

Зависимость вида α = f(Δt):

α	0	18,37589	30,18245	49,3818
Δt	0	5	40	70

3) Для построения зависимости коэффициента теплоотдачи от плотности теплоносителя α = f(ρ)

Зная, что коэффициент температуропроводности определяется по формуле, в состав которой входит плотность теплоносителя:

_{где ср – теплоемкость теплоносителя, кДж/кгК}

_{Зависимость вида α=f(ρ):}

Задание 2Г

Высота цилиндра 1м

Высота цилиндра 2м

Высота цилиндра 3м

Критерий Грасгофа:

_{Где – коэффициент объемного расширения К-1:}

_{- для идеальных газов определяется по формуле:}

Высота цилиндра 1м

Высота цилиндра 2м

Высота цилиндра 3м

_{g=9.8 = 10 м/с2 – ускорение свободного падения}

t_ж – температура теплоносителя в ядре потока, омывающего цилиндр, ⁰С

Δt= (t_ж – t_ст.) – температурный напор (разница температур между температурой теплоносителя в ядре потока t_ж и температурой теплоносителя на поверхности цилиндра t_ст.)

_{νж – вязкость теплоносителя при определенной температуре в ядре потока воздуха, м2/с.}

Высота цилиндра 1м

Высота цилиндра 2м

Высота цилиндра 3м

_{Критерий Прандля для теплоносителя с температурой в ядре потока находится из справочной литературы или по формуле:}

Высота цилиндра 1м

Высота цилиндра 2м

Высота цилиндра 3м

_{аж – коэффициент температуропроводности для теплоносителя с температурой в ядре потока определяется из справочной литературы, м2/с.}

_{Критерий Прандля для теплоносителя с температурой на поверхности стенки цилиндра находится из справочной литературы или по формуле:}

Высота цилиндра 1м

Высота цилиндра 2м

Высота цилиндра 3м

_{νст – вязкость теплоносителя при определенной температуре на поверхности стенки цилиндра, м2/с.}

_{аст – коэффициент температуропроводности для теплоносителя с температурой на поверхности стенки цилиндра определяется из справочной литературы, м2/с.}

_{Критерий подобия Нуссельта определяется по формуле:}

_{Высота цилиндра 1м}

_{Высота цилиндра 2м}

_{Высота цилиндра 3м}

_{α – коэффициент теплоотдачи, Вт/м2 0С}

_{λж – коэффициент теплопроводности теплоносителя при определенной температуре, Вт/м 0С, находится из справочной литературы}

_{H – высота цилиндра, м}

1. Для построения зависимости коэффициента теплоотдачи от температурного напора α = f(Δt)

Необходимо в данную формулу подставлять различные данные по температурному напору Δt, ⁰С, и рассчитать коэффициент теплоотдачи α для каждого случая:

Высота цилиндра 1м

Высота цилиндра 2м

Высота цилиндра 3м

2) Для построения зависимости коэффициента теплоотдачи от высоты цилиндра α = f(H)

Необходимо в данную формулу подставлять различные данные по высоте цилиндра H, м, и рассчитать коэффициент теплоотдачи α для каждого случая:

Высота цилиндра 1м

Высота цилиндра 2м

Высота цилиндра 3м

Зависимость вида α = f(H):

α	1,336	1,125	1,018
H	1	2	3

Задание 3А

50 ̊

60 ̊

80 ̊

Критерий Грасгофа:

_{Где – коэффициент объемного расширения К-1:}

_{- для идеальных газов определяется по формуле:}

50 ̊

60 ̊

80 ̊

_{g=9.8 = 10 м/с2 – ускорение свободного падения}

t_ж – температура теплоносителя в ядре потока, омывающего цилиндр, ⁰С

Δt= (t_ж – t_ст.) – температурный напор (разница температур между температурой теплоносителя в ядре потока t_ж и температурой теплоносителя на поверхности цилиндра t_ст.)

_{νж – вязкость теплоносителя при определенной температуре в ядре потока воздуха, м2/с.}

50 ̊

60 ̊

80 ̊

_{Критерий Прандля для теплоносителя с температурой в ядре потока находится из справочной литературы или по формуле:}

50 ̊

60 ̊

80 ̊

_{аж – коэффициент температуропроводности для теплоносителя с температурой в ядре потока определяется из справочной литературы, м2/с.}

_{Критерий Прандля для теплоносителя с температурой на поверхности стенки цилиндра находится из справочной литературы или по формуле:}

50 ̊

60 ̊

80 ̊

_{νст – вязкость теплоносителя при определенной температуре на поверхности стенки цилиндра, м2/с.}

_{аст – коэффициент температуропроводности для теплоносителя с температурой на поверхности стенки цилиндра определяется из справочной литературы, м2/с.}

25 ̊

60 ̊

80 ̊

_{Критерий подобия Нуссельта определяется по формуле:}

_{25 ̊}

_{60 ̊}

_{90 ̊}

_{α – коэффициент теплоотдачи, Вт/м2 0С}

_{λж – коэффициент теплопроводности теплоносителя при определенной температуре, Вт/м 0С, находится из справочной литературы}

_{H – высота цилиндра, м.}

3) Для построения зависимости коэффициента теплоотдачи от плотности теплоносителя α = f(ρ)

Зная, что коэффициент температуропроводности определяется по формуле, в состав которой входит плотность теплоносителя:

где с_р – теплоемкость теплоносителя, кДж/кгК

С учетом формулы коэффициента температуропроводности необходимо преобразовать данную формулу и подставлять в нее различные данные плотности теплоносителя, которые определяются в справочной литературе в зависимости от температуры теплоносителя, а также рассчитать коэффициент теплоотдачи α для каждого случая:

50 ̊

60 ̊

80 ̊

Зависимость вида α = f(ρ):

α	0,341	0,37	0,421
ρж	0,698	0,694	0,692

Вывод: 1) из зависимости α=f(Δt) мы видим, что чем выше температурный напор, тем больше коэффициент теплоотдачи.

2) из зависимости α=f(H) мы видим, что чем выше высота цилиндра, тем коэффициент теплоотдачи меньше.

3) из зависимости α=f(ρ) мы видим, что чем выше плотность теплоносителя, тем коэффициент теплоотдачи больше.