2. Схема і опис лабораторної установки

На рис. 10.1 зображена схема лабораторної установки, яка призначена для визначення коефіцієнта тепловіддачі від зовнішньої поверхні горизонтально розміщеної труби в оточуюче середовище при вільній та вимушеній конвекції.

Рис. 10.1. Схема лабораторної установки

Установка складається із горизонтально розміщеної труби 7 зовнішнім діаметром 60 мм і довжиною 800 мм, у середині якої вмонтований електронагрівач 9. Напруга на нагрівачі регулюється автотрансформатор 1 і вимірюється вольтметром 5. Сила струму, яка протікає через нагрівач вимірюється амперметром 3. Температура на зовнішній поверхні труби вимірюється термопарами 8, які підключаються до потенціометра 2 за допомогою пакета перемикачів 4. Для створення вимушеного потоку повітря вздовж труби використовується вентилятор 6.

При роботі установки тепло, яке виділяється нагрівачем, передається трубі, а від труби – оточуючому середовищу частково променевим, а частково конвективним теплообміном.

3. Порядок виконання роботи.

3.1. Ввімкнути установку і за допомогою автотрансформатора встановити заданий струм і напругу (виконує учбовий майстер).

3.2. Після встановлення стаціонарного температурного режиму провести замір температур t₁, t₂, t₃, t₄ три рази через кожні дві хвилини, перемикаючи термопари пакетом перемикачів.

3.3. Включити вентилятор і після виходу установки на стаціонарний температурний режим роботи повторити заміри температур на поверхні труби у відповідності з пунктом 3.2.

3.4. Зафіксувати силу струму та напругу, а також температуру оточуючого повітря.

3.5. Вимкнути установку (виконує учбовий майстер).

4. Обробка результатів досліду.

4.1. Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі виходячи з дослідних даних.

4.1.1. Розрахувати температуру поверхні стінки t_ст як середню арифметичну величину, спочатку для кожного заміру, а потім для серій з трьох замірів у випадку вільної та вимушеної конвекції.

4.1.2. Визначити сумарний тепловий потік, який іде з поверхні труби в оточуюче середовище, який рівний тепловій потужності нагрівача, Вт

. (10.11)

4.1.3. Визначити для вільної та вимушеної конвекції теплові потоки, які передаються з поверхні труби в оточуюче середовище випромінюванням, Вт

, (10.12)

де =5,25 Вт/(м²·К) – коефіцієнт випромінювання сталі; T_cт, Т_пов – абсолютні температури поверхні труби і оточуючого повітря, К; F – площа бічної поверхні труби, м²,

. (10.13)

4.1.4. Знайти теплові потоки, які передаються з поверхні стінки труби в оточуюче середовище конвективним теплообміном, Вт

. (10.14)

4.1.5. Використовуючи рівняння (10.2) знайти коефіцієнт тепловіддачі для вільної та вимушеної конвекції, Вт/(м²·К)

. (10.15)

4.2. Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі для вільної конвекції по критеріальних рівнянням.

4.2.1. Тепловіддача при вільному русі теплоносія описується критеріальними рівняннями, які мають наступний вид:

, (10.16)

де коефіцієнти А і n вибираються в залежності від режиму обтікання стінки теплоносієм по таблиці 10.1.

Таблиця 10.1

Фізичні параметри руху теплоносія

А	n	Режим обтікання	Область застосування
1,8	1/8	ламінарний	1·10-2 < Gr·Pr ≤ 5·102
0,54	1/4	перехідний	5·102 < Gr·Pr ≤ 2·107
0,135	1/3	турбулентний	2·107 <Gr·Pr ≤ 1·1010

В ролі визначаючої температури t прийняти середньоарифметичну температуру суміжного шару за формулою:

. (10.17)

В ролі визначального розміру х при горизонтальному розміщені труби приймається її зовнішній діаметр.

4.2.2. Користуючись таблицею 9 [4, с. 263], визначити , , та при визначальній температурі методом інтерполювання.

4.2.3. Визначити число Грасгофа

, (10.18)

де - коефіцієнт температурного розширення теплоносія, ; - температурний напір між стінкою та теплоносієм, К.

4.2.4. По величині множення Gr·Pr визначити режим руху при вільній конвекції і значення коефіцієнтів А і n в рівнянні (10.9).

4.2.5. Коефіцієнт тепловіддачі від поверхні труби до повітря визначити за формулою, Вт/(м²·К)

. (10.19)

4.3. Визначити похибку, між коефіцієнтами тепловіддачі при вільній конвекції за формулою, %

. (10.20)

4.4. Результати проведення та обрахунків експерименту занести в таблицю 10.3.

Таблиця 10.3

Таблиця дослідних і розрахункових даних

Вид руху теплоносія	№ зам.	t1	t2	t3	t4	tст,	tпов,	I, А	U, В	Q0,	QV,	QK,	αдос,	αР,	Δ, %
		0С
Вільна конвекція	1
	2
	3
	сер.	-	-	-	-
Вимушена конвекція	1													-	-
	2													-	-
	3													-	-
	сер.	-	-	-	-									-	-

4.5. Зробити аналіз отриманих результатів.