Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
LABORATORNAYa_RABOTA_3.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
22.11.2019
Размер:
259.07 Кб
Скачать

Лабораторная работа № 3

ТЕПЛООТДАЧА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ТРУБЫ ПРИ СВОБОДНОМ ДВИЖЕНИИ ВОЗДУХА

Цель работы: определение коэффициента теплоотдачи для го­ризонтальной трубы при свободном движении воздуха, установление его зависимости от температурного напора, получение уравнения подобия для данного процесса.

1. Теоретические основы

Конвективный теплообмен между жидкостью или газом и поверх­ностью соприкасающегося с ним тела называется теплоотдача.

Тепловой поток, отдаваемый поверхностью тела в окружающую среду согласно закону Ньютона-Рихмана: пропорционален площади поверхности F и разности температур поверхности тела t и окружающей среды tc, то есть коэффициент теплоотдачи характеризует интенсивность теплообмена между поверхностью тела и окружающее средой. Численно он равен тепловому потоку, отдаваемому (воспринимаемому) единицей поверхности при разности температур между поверхностью тела и окружающей средой, равной одному градусу.

Коэффициент теплоотдачи, зависит от большого числа факторов, В общем случае α является функцией формы и размеров тела, режима движения, скорости и температуры жидкости. физических параметров жидкости и других величин. По-разному протекает процесс теплоот­дачи в зависимости от природы возникновения движения жидкости.

Различают свободную и вынужденную конвекцию. В первом случае движение возникает за счет разности гравитационных сил, обусловленной разностью плотностей нагретых в холодных частиц жид­кости.

2. Описание опытной установки

Опытная установка (рис. 3.1) размещена в помещении с достаточно устойчивой температурой. Установка представляет собой медную трубу 1 диаметром 30 и длиной 1150 мм, расположенную гори­зонтально. Внутри трубки имеется нагреватель 2.

Рис. 3.1. Схема установки

Энергия выделяется по длине трубы равномерно (q = idem). Тепловой поток, передаваемый в окружающую среду, определяется по расходу электрической энергии (мощность, потребляемая электронагревателем, регулируется с помощью лабораторного автотрансформатора 6 и определяется по показаниям вольтметра 7 и амперметра 8).

Для измерения температуры поверхности опытной трубы в стенке заложено шесть термопар 3 из хромеля и алюмеля. Расстояния между спаями термопар примерно одинаковы.

Холодные спаи термопар находятся при температуре окружающей среды. ЭДС термопар измеряется переносным потенциометром 5. Термопары подключается к потенциометру посредством переключателя 4.

Температура воздуха измеряется вдали от опытной трубы с помощью ртутного термометра.

3. Проведение опытов

После изучения описания и ознакомления о опытной установкой необходимо подготовить таблицу для записи наблюдений, проверить правильность включения измерительных приборов.

Все измерения проводятся при стационарном тепловом режиме ( ), о наступлении которого свидетельствует постоянство показаний потенциометра. При установившемся тепловом состоянии системы для данного режима производится 3 серии отсчетов по всем приборам с интервалом в 5-6 минут. Для перехода на новый темпе­ратурный режим необходимо изменить расход электроэнергии. Опыты проводятся при трех-четырех различных температурных режимах в пределах от 40 до 100°С.

Для обработки используются средние значения измеренных величин для каждого режима. По градуировочному графику (см.рис.2,2) показания потенциометра переводятся из милливольт в градусы. (По показаниям потенциометра определяется разность между температу­рой поверхности трубы и температурой окружающей среды ∆t, так как холодные спаи термопар находятся при температуре окружающей среды, а тарировочная кривая построена при температуре холодных спаев 0°С.)

Средний коэффициент теплоотдачи конвекцией вычисляется по уравнению, Вт/(м2∙°С)

(3.2)

где ∆t = t tc - разность между температурами поверхности трубы и окружающего воздуха; поверхность трубы, м2;

d, l - соответственно диаметр и длина трубы.

Тепловой поток, передаваемый опытной трубой путем конвекции.

(3.3)

где Q - тепловой поток, передаваемый во внешнюю среду путем конвекции и излучением, и определяется по уравнению, Вт

(3.4)

где I - сила тока в цепи нагревателя, А;

U - напряжение на зажимах нагревателя, Вт.

Тепловой лоток, передаваемый во внешнюю среду излучением, определяется, Вт

(3.5)

где с - приведенный коэффициент излучения, Вт/ м2к4;

F - поверхность трубы, м2;

T1,T0 - абсолютная температура опытной трубы и окружающей среды Можно принять, что приведенный коэффициент излучения будет равен коэффициенту излучения опытной трубы.

Для медной поверхности трубы С = 1,0 Вт/м2к4. Результаты опытов предоставляют в следу щей зависимости:

, (3.6)

Относительная ошибка в определении среднего коэффициента теплоотдачи определяется как

, (3.7)

где через ∆ обозначены абсолютные ошибки измерения отдельных величин. Расчетная ошибка опытов, найденная по уравнению (3.7) должна быть сопоставлена с действительной ошибкой опыта (по разбросу опытных точек в графике α=f(αt).). Для распространения полученных результатов не другие подобные процессы расчетные данные необходимо представить в обобщенном виде:

где определяемое число Нуссельта;

критерий Грасгофа;

критерий Прандля;

λ – коэффициент теплопроводности, Вт/( м2∙°С);

а - коэффициент температуропроводности, м2;

ν - коэффициент кинематической вязкости, м2;

коэффициент обьемного расширения воздуха, 1/К;

g - ускорение силы тяжести, м/с .

Физические парометры воздуха (λ, a, ν) берутся из табл. 3.2 по температуре воздуха t0 .

Для каждого температурного режима подсчитываются значения Gr и Pr и соответствующее им значение Nu. Зависимость между числами подобия носит степенной характер.

(3.9)

где С, n - постоянные безразмерные числа.

В логарифмических координатах по вычисленным значениям Nu,Gr,Pr строится график Nu=f(Gr Pr). График можно представить прямой в определенных пределах изменения аргументе.

Показатель степени n в уравнении (3.9) будет равен тангенсу угла наклона этой прямой к оси абсцисс. Постоянная С находится из соотношения для любой точки прямой.

(3.10)

Полученное уравнение (3.9) Справедливо для подобных явлений

в интервале измеренных значений произведения Gr,Рr Результаты измерений заносятся в табл. 3.1.

Таблица 3.1 - Таблица наблюдений

п/п

Эдс термопар в mV

Среднее

значение эдс

в mV

Раз-

ность темпе

ратур

t=t-tC

Темпера

тура по-

верхности трубы t,°С

Сила

Тока

I, А

Напряжение на зажимах нагревателя U, В

Температура окружающей среды

tC,°С

1

2

3

4

5

6

1

2

3

Среднее значение

1

2

3

Среднее значение

Таблица 3.2. – физические свойства воздуха при Р = 760 мм рт. ст.

t°С

ρ кг/м3

Ср кДж/(кг∙К)

λ∙102 Вт/(м∙°С)

α∙106 м2

ν∙106 м2

Pr

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1,248

1,205

1,165

1,128

1,093

1,060

1,029

1,000

0,972

1,005

1,005

1,005

1,005

1,005

1,005

1,009

1,009

1,009

2,51

2,59

2,67

2,76

2,83

2,90

2,96

3,05

3,13

20,0

21,4

22,9

24,3

25,7

27,2

28,6

30,2

31,9

14,16

15,06

16,00

16,96

17,95

18,97

20,02

21,09

22,10

0,705

0,703

0,701

0,699

0,698

0,696

0,694

0,692

0,690

Контрольные вопросы

  1. Сущность процесса конвективной теплоотдачи.

  2. Зоной Ньютона-Рихмана; коэффициент теплоотдачи.

  1. Влияние на интенсивность теплообмена температурного напора, физических свойств жидкости, расположения опытной трубы в пространстве,

  2. Общие условия подобия физических процессов, числа и кри­терии подобия.

Литература

Исаченко В, П.., Осипова В,А. , Сукомел А.С. Теплопередача. М.. "Энергия", 1975.

Осипова В.А, Экспериментальное исследование процес­сов теплообмена. М., "Энергия", 1969.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]