Дослідження тепловіддачі для вИмуШеної течії у кільцевому каналі

Мета: визначити значення коефіцієнтів тепловіддачі для ламінарного і турбулентного режимів руху повітря у кільцевому каналі, побудувати графічні залежності для цього виду теплообміну і визначити сталі і показники степеня в критеріальних рівняннях.

Дослідна установка (рис. 5.1) складається з труби 1 діаметром 25 мм, усередині якої розташовано циліндричний електронагрівник 2 діаметром d_ен = 14 мм і довжиною  = 250 мм. Потужність електронагрівника регулюється регулятором 3 і реєструється електроприладами 4 і 5. На стінці нагрівника в різних місцях по довжині і периметру закріплені термопари 6, які через перемикач 9 підключені до потенціометра 10. Температура повітря на вході в дослідну ділянку і на виході з неї вимірюється термопарами 7 і 8, відповідно. Повітря в трубу надходить із вентилятора 11, його витрата регулюється заслінкою 12 і вимірюється за допомогою діафрагми 13, з діаметром 12 мм та дифманометра 14. Для зменшення теплових втрат зовнішня поверхня труби ретельно теплоізольована. Відстань до термопар від початку ділянки нагріву відома і складає: х₁ = 0,17 м, х₂ = 0,46 м, х₃ = 0,75 м, відповідно.

Досліди виконуються в такій послідовності. Викладач або лаборант вмикає в роботу вентилятор і заслінкою встановлює витрату повітря. Потім вмикається електронагрівник на повну потужність. Вимірювання здійснюються лише за умови незмінної температури повітря на виході з експериментальної ділянки труби. Тому стрілка перемикача повинна з’єднувати потенціометр з термопарою 8. Результати вимірювань заносять у журнал спостережень. Виконують не менше п’яти дослідів при різних витратах повітря і потужностях електронагрівника (теплових режимах).

Обробка результатів

Покази термопар за допомогою градуювальних кривих переводяться в градуси Цельсія. Оскільки режим усталений (q = const), то середня масова температура змінюється лінійно по довжині каналу, тобто

, (5.1)

де , – температури на вході і на виході з ділянки, яка обігрівається;

х – відстань до термопари, м.

Рисунок 5.1 – Схема дослідної установки.

Таблиця 5.1 – Журнал спостережень

№ досліду	Покази електроприладів		Покази термопари, мВ					Перепад на діафрагмі, Δh, мм	Барометричний тиск, В, мм.рт.ст.
			стінки			повітря
	І, А	U, В	1	2	3	на вході	на виході
1 2 3 4 5

Далі визначають місцеві різниці температур між стінкою і повітрям

. (5.2)

Температура стінки електронагрівника по довжині змінюється мало. З урахуванням цього, місцевий і середній питомі теплові потоки відрізняються незначно і складають:

. (5.3)

На підставі (5.2) і (5.3) розраховують місцеві коефіцієнти тепловіддачі і будують залежність , .

Витрати повітря визначаються за формулою, м³/год

, (5.4)

де α_g – коефіцієнт витрати діафрагми, який визначається залежно від діаметра діафрагми d_g, мм і перепаду тиску на діафрагмі Δh, мм. вод. ст.;

ε = 0,99 – коефіцієнт розширення.

Питомий об΄єм повітря, м³/кг:

_g = 0,7739∙760T_n1/(273В), (5.5)

де В - барометричний тиск, мм. рт. ст.;

Т_n1 – абсолютна температура повітря на вході, К;

Середня температура повітря в установці, С

. (5.6)

Із додатка А визначають фізичні властивості повітря при середній температурі. Швидкість руху повітря

. (5.7)

Визначають середнє значення критеріїв Nu, Re, Pr будують залежність Nu = f(Re,Pr) в логарифмічних координатах і визначають сталу С і показник степеня n в критеріальному рівнянні теплообміну залежно від режиму руху повітря. За лінійний розмір в критеріях подібності беруть еквівалентний діаметр d_еk = d – d_ен. Отримані значення С і n порівнюють з рекомендованими в літературі та визначають їх розбіжність.

Зміст звіту

1. Схема установки.

2. Звітна таблиця.

3. Розрахунок.

4. Графічна інтерпретація розрахунків.

5. Висновки.

Контрольні запитання.

1. Який механізм теплообміну для вимушеної конвекції в каналах?

2. Що розуміють під тепловим і гідродинамічним прикордонними шарами?

3. Як визначається середній температурний напір?

4. Як залежить інтенсивність теплообміну від швидкості потоку в разі ламінарного і турбулентного режимів течії?

5. Як впливає діаметр каналу на інтенсивність теплообміну?

6. Як змінюється температурний напір по довжині каналу?

7. Як визначити характер руху (character of motion) теплоносія в каналі?

8. Що вибирають за визначальний розмір в каналах некруглої форми?

Лабораторна робота №6