Филиал государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Московский энергетический институт

(технический университет)»

в г. Волжский.

Кафедра «ПТЭ»

Лабораторная работа

Изучение местной теплоотдача

при турбулентном движении воздуха в трубе.

Выполнила:

Михайлова К.В.

гр.ПТЭ-09

Проверила:

Шамина Г.З.

Волжский 2011

1. Цель работы

1. Ознакомление с методом местного коэффициента теплоотдачи при течении теплоносителя в трубе.

2. Измерение (расчет) коэффициента теплоотдачи для различных сечений трубы при различных скоростях движения воздуха. Определение длины начального термического участка.

3. Выявление влияния скорости движения воздуха.

4. Обработка опытных данных в критериальном виде.

5. Изучение основных закономерностей теплоотдачи при турбулентном движении воздуха в равномерно обогреваемой круглой трубе (q_c = const).

6. Нахождение зависимости предельного числа Нуссельта от числа Рейнольдса.

2. Теоретические основы работы

Теория конвективного теплообмена рассматривает процессы переноса теплоты в движущихся жидкостях и газах, течение жидкости может быть ламинарным и турбулентным. О режиме течения судят по значению числа Рейнольдса:

(2.1)

Развитое турбулентное движение в трубах устанавливается при Re > Re_кр » 10⁴. При постоянных физических свойствах жидкости, после заполнения устанавливается постоянное распределение скорости, характерное для данного режима течения.

Расстояние, отсчитываемое от входа до сечения, соответствующего слияния пограничного слоя, называется длиной гидродинамического начального участка (участка гидродинамической стабилизации). При Re ³ 5×10⁴ практически с самого начала развивается турбулентный пограничный слой.

На некотором расстоянии от входа, равном l_нт тепловой пограничный слой заполняет все сечение трубы, и вся жидкость участвует в теплообмене.

l_нт – начальный тепловой участок, участок термической стабилизации.

Длина начального теплового участка (l_нт) зависит от большого количества факторов: от коэффициента теплопроводности, наличия гидродинамической стабилизации, числа Рейнольдса, распределения температур на входе и т.п.

Т еория показывает, что в случае q_c = const:

(2.2)

где l_нт = f(Re, d); ; ; d – диаметр трубы.

В каждом опыте нужно определить несколько значений коэффициента теплоотдачи:

,

где q_c = f(W_эл, Q_пот).

(2.3)

где U – напряжение подаваемое на стенку трубы, [B];

R – электрическое сопротивление трубки, [Ом];

А – коэффициент тепловых потерь, [Вт/К];

К – коэффициент перевода, [К/мВ].

В интервале температур 0 – 50 °С для термопар типа ХА термо-ЭДС практически линейно зависит от температуры:

(2.4)

Средняя скорость воздуха определяется по формуле:

(2.5)

где G – расход воздуха, [кг/с];

t_ж1, t_ж2 – средняя массовая температура воздуха на входе и выходе участка.

Уравнение подобия имеет вид:

(2.6)

г де

(2.6.1)

(2.6.2)

(2.6.3)

Д ля воздуха число Прандтля практически постоянно и зависимость предельного Nu от Pr в данной работе получить невозможно. Требуется найти зависимость предельного Nu_¥ от Re, которую можно представить в виде:

(2.7)

Задача сводится к отысканию С и n.

3. Схема и описание экспериментальной установки

3.1 Схема экспериментальной установки

Рисунок 1 Схема экспериментальной установки