IV дослідження процесів тепломасообміну методом математичного моделювання

Основна задача моделювання полягає не тільки у вивченні процесу (явища) але і в управлінні процесами, цілеспрямованому пошуку оптимального експлуатаційного або проектного рішення. Для складних процесів (об’єктів) такий пошук пов’язаний з розглядом великої кількості варіантів, а його реалізація можлива за допомогою ЕОМ. Основними вимогами до розрахункових програм є отримання розумних і якісно правильних результатів, демонстрація головних ідей процесів теплопереносу на простих прикладах.

Лабораторна робота № 16

Дослідження температурного поля в плоских і циліндричних стінках при сталих і змінних коефіцієнтах теплопровідності

Мета - дослідити профілі температур в плоских і циліндричних стінках для граничних умов І роду.

Теоретичний матеріал до роботи готують за [ 1, 3, 7 ]. В процесі підготовки виписують основні рівняння, граничні умови і розрахункові формули. В дисплейному класі завдання реалізується за допомогою програми "ІТРVS". Значення коефіцієнтів теплопровідності заданих матеріалів вибирається в додатку В. Значення температур і товщини стінок береться індивідуально. Задані величини вводяться в програму за запитом.

За результатами розрахунків будуються профілі температур в стінках для досліджуваних матеріалів. Визначається вплив змінного коефіцієнта теплопровідності на характер поширення температур в стінках і величину теплового потоку. За даними роботи роблять обґрунтовані висновки. Список ідентифікаторів містить програма.

Контрольні запитання

1. Що таке умови однозначності?

2. Як формулюються граничні умови І роду?

3. За якими законами змінюється температура в плоских і циліндричних стінках?

4. Як впливає умова на температурні поля в стінках?

5. За яким законом змінюєтеся тепловий потік в стінках за умови =const, ?

6. Чи змінюється питомий тепловий потік в плоских і циліндричних стінках?

Лабораторна робота № 17

Дослідження радіаційно-конвективного теплообміну

Мета - визначити інтенсивності конвективно-радіаційного теплообміну, а також поправки до показань термометра, який вимірює температуру в умовах складного теплообміну.

Схема об’єкту дослідження показана на рис. 17.1. Термометр, який вимірює температуру газів в камері t_г, екранований гільзою діаметром d, ступінь чорноти якої ε₁. Температура стін камери t_с менша температури газів на величину Δt. В гільзі міститься ртутний термометр діаметром d₂ і ступенем чорноти ε₂. Початкове показання термометра - t_тo. Необхідно визначити похибки термометра в разі вимірювання температур газу у заданому інтервалі.

Рисунок 17.1 – Схема установлення термометра у газовій камері

В процесі домашньої підготовки треба вивчити розділ складного теплообміну [ 1, 3, 6, 9 ]. Завдання виконується за допомогою програми TІRKT, в математичній моделі якої враховано двобічний конвективний теплообмін з боку гільзи. Спільне вирішення рівнянь конвективного і радіаційного теплообміну приводить до трансцендентного рівняння відносно невідомої температури екрана, яке розв΄язується методом Ньютона із заданою точністю ітерацій.

Розрахунки можуть здійснюватись для різних температур t_c і t_г, різних діаметрів d₁ і d₂, а також для різних значень ступеня чорноти стінки і термометра. За результатами розрахунків будуються залежності інтенсивності теплообміну і похибок термометра від заданих величин, робляться обґрунтовані висновки. Усі необхідні позначення та ідентифікатори містяться у програмі.

Зміст звіту

1. Назва і мета роботи.

2. Схема лабораторної установки.

3. Зведена таблиця результатів.

4. Графік залежності інтенсивності теплообміну від температури стінки.

5. Графік впливу величини виступаючого стовпчика на зведену похибку термометра.

6. Висновки.

Контрольні запитання

1. Яке призначення теплових екранів?

2. Що розуміють під ступенем чорноти тіла?

3. Як визначається приведений ступінь чорноти системи тіл?

4. В чому суть коефіцієнта тепловіддачі променистого теплообміну і як він визначається?

5. Як впливає ступінь чорноти гільзи на погрішність термометра?

6. Запишіть закон Ламберта.

7. Що таке кутові коефіцієнти випромінювання?

8. Що таке коефіцієнти поглинання, пропускання, відбивання?

9. Які властивості мають діатермічні тіла?

10. Що таке складний теплообмін?

11. Як враховують складову теплового потоку випромінюванням в коефіцієнті тепловіддачі?

12. Як враховують складову конвективного теплообміну в приведеному ступені чорноти системи?

13. Що стверджує закон Кірхгофа?

14. Що таке інтегральне випромінювання тіла?

15. Що таке монохроматичне випромінювання?

16. Що таке власне і результуюче випромінювання тіла?

17. Що таке ефективне випромінювання тіла?

18. Які особливості випромінювання газових середовищ?

Лабораторна робота № 18