4. Обработка результатов эксперимента
На основании данных эксперимента производится расчет в следующем порядке.
1. Количество теплоты, переданной от поверхности трубы к воздуху путем конвекции и излучения,
Q = J·V . (13)
2. Количество теплоты, переданной лучеиспусканием,
, (14)
где ε = 0,8 – степень черноты поверхности трубы; со = 5,67 – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, Вт/(м2·К4), Тст , Тж - соответственно абсолютные температуры поверхности трубы и окружающего воздуха, К.
3. Количество теплоты, переданной расчетным участком трубы путем конвекции Qк = Q – Qл .
4. Средний коэффициент теплоотдачи конвекцией вычисляется по уравнению (12).
5. Для распространения полученных результатов на другие подобные процессы необходимо расчетные данные обобщить и представить их в виде критериального уравнения, которое описывает процесс конвективного теплообмена для случая свободного движения воздуха около трубы
.
Результаты обработки экспериментальных данныъ и критерии подобия для каждого температурного режима заносятся в протокол 2.
Физические параметры воздуха , υ, а, Pr , входящие в критерий подобия, берутся из таблицы 1 по температуре окружающего воздуха tж.
Протокол 2. Результаты обработки опытных данных
Полное количество тепла Q, Вт |
Количество тепла, переданное конвекцией Qk , Вт |
Количество тепла, переданное лучеиспусканием Qл, Вт |
Средний коэффициент теплоотдачи , Вт/м2·К |
Критерий Нуссельта Nuж |
lgNuж |
Критерий Грасгофа Grж |
lgGrж |
с |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. Для определения с и n
прологарифмируем зависимость Nuж=
c·
lgNuж = lgc + n·lgGrж (15)
и построим в логарифмической системе координат график зависимости
lgNuж = f(lgGr) в виде прямой линии (рис.4).
Значение показателя степени определяется как тангенс угла наклона прямой к оси абцисс, то есть
.
(16)
Постоянная «с» находится из соотношения
. (17)
Полученное значение с и n
следует сопоставить с значениями
аналогичных коэффициентов зависимости
из учебника [1], С.201-208.
7. Относительная ошибка в определении среднего коэффициента теплоотдачи равна
, (18)
где через обозначены абсолютные ошибки измерения отдельных величин, входящих в уравнение (12).
Таблица 1
Физические параметры сухого воздуха
tж, 0С |
, кг/м3 |
·102, Вт/(м·К) |
d·106, м2/с |
υ·106, м2/с |
Pr |
10 |
1,247 |
2,51 |
17,6 |
14,16 |
0,705 |
20 |
1,205 |
2,59 |
18,1 |
15,06 |
0,703 |
30 |
1,165 |
2,67 |
18,6 |
16,00 |
0,701 |
40 |
1,128 |
2,76 |
19,1 |
16,96 |
0,699 |
50 |
1,093 |
2,83 |
19,6 |
17,95 |
0,698 |
60 |
1,060 |
2,90 |
20,1 |
18,97 |
0,696 |
70 |
1,029 |
2,96 |
20,6 |
20,02 |
0,694 |