ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Между твёрдым телом и окружающей средой (жидкость или газ) происходит конвективный теплообмен при их непосредственном соприкосновении. При этом передача тепла происходит за счёт излучения, теплопроводности и перемещения масс среды (конвекция). Перемещение масс среды при свободной конвекции происходит под влиянием разности температур между стенкой и средой, которая определяет разность плотностей нагретого (около стенки) и холодного (вдали от стенки) вещества. Под действием сил гравитации более холодные массы опускаются вниз, более нагретые – поднимаются вверх.

Количество тепла, передаваемое от нагретой поверхности в окружающую среду в процессе свободной конвекции определяется формулой Ньютона – Рихмана:

 

Q = α ( t_ст – t_в ) F, Вт, ( 1 )

 

где α         – коэффициент теплоотдачи, Вт / м²К,

     t_ст, t_в– температуры поверхности тела и окружающей среды, ℃,

   F   - площадь поверхности, передающей тепло, м².

Это тепло передаётся в окружающую среду частично путём конвективного переноса, частично – излучением:

 

Q = Q_к + Q_л,                   ( 2 )

           где    Q_к – тепло, передаваемое конвекцией, Вт,

                   Q_л –тепло, передаваемое излучением, Вт.

 

 

ОПИСАНИЕ ОПЫТНОЙ УСТАНОВКИ  

 

Схема установки представлена на рисунке  3.

    

Рисунок 3 - Схема установки

 

Опытный элемент представляет собой горизонтально расположенный трубчатый электронагреватель (ТЭН). За счёт нанесённой на его поверхность теплоизоляции две половины его имеют различные внешние диаметры: d₂и d_3. Таким образом, здесь исследуется процесс теплоотдачи от двух цилиндров разного диаметра,покрытых алюминиевой фольгой. Температуры поверхностей цилиндров измеряются посредством термопар 2, 4, 6, 8, которые поочерёдно подключаются с помощью переключателя 10 через холодный спай 11 к потенциометру 12.

К полученным по показаниям термопар температурам необходим прибавить температуру воздуха помещения t_в.

Электрическая нагрузка нагревателя регулируется посредством лабораторного автотрансформатора, а величина её измеряется ваттметром.

 

ВЫПОЛНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

         

    Опыт проводят на трёх стационарных температурных режимах.

Результаты замеров и расчётов заносят в таблицу 2.

 

    Таблица 2

№ п/п	Показания термопар в Мв и ℃				Показание ваттметра	Температуры  поверхностей		αˈк	αˈˈк
	1	3	5	7
	t1	t3	t5	t7	W, Вт	tˈСТ,℃	tˈˈСТ,℃	Вт/м2К	Вт/м2К
1
2
3

 

     W – электрическая нагрузка нагревателя, Вт.

Средние температуры поверхностей определяют:

     tˈ_ст = 0.5 ( t₁ + t₃ ), ℃    ( 3 )                   tˈˈ_ст = 0.5 ( t₅ + t₇ ), ℃   ( 4 )

Суммарные коэффициенты теплоотдачи находят по формулам:

                   αˡ = , ( 5 );                  αˡˡ = ,                  ( 6 )

 

     где    Q = 0.5 W – величина теплового потока, Вт

Δtˡ = t_стˡ - t_в,                        Δtˡˡ = t_стˡˡ - t_в.

                                   Fˡи Fˡˡ - величина боковой поверхности цилиндров, м²:

 

F=πdl/2

 

Коэффициенты теплоотдачи конвекцией могут быть найдены из соотношений:

αˡ_к = αˡ – αˡ_л, ( 7 )               αˡˡ_к = αˡˡ – αˡˡ_л,     ( 8 )

     где    αˡ_ли αˡˡ_л –коэффициенты теплоотдачиизлучением с поверхностей Fˡ и Fˡˡ, которые определяются:

         

αˡ_л = ,  ( 9 )     αˈˈ_л = , ( 10 )

 

     ε = 0.2 – степень черноты поверхности.

     C₀ = 5.67 Вт / м²К – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела.

Полученные результаты опыта представляются в виде графика зависимости α_к = f( Δt), а также в виде критериального уравнения:

 

                   Nu_в,d = C( Gr · Pr )ⁿ_в,d,                                                  ( 11 )

     где    Nu_в,d =  -критерий Нуссельта,

  Gr · Pr =  -произведение критериев теплового подобия

                                          Грасгофа и Прандтля,

     λ_в, ν_в –теплопроводность и кинематическая вязкость воздуха при температуре t_в (из таблиц),

     β_в =  - коэффициент объёмного расширения воздуха.

Критерий Pr берут из таблиц при t_в.

По полученным результатам необходимо определить численные значения константы “ С ” и показателя “ n ”, проведя аппроксимацию опытных точек в системе координат

 

Nu_в,d = f( Gr · Pr )_в,d.

 

Исходные данные для лабораторной работы:

 

При температуре 20ºС: критерий Прандтля Pr=0,703; теплопроводность воздуха λ_в=2,593·10^-2 Вт / мК; кинематическая вязкость воздуха ν_в=15,06·10^-6 м²/с.

 

 

 

Рисунок 4 – Графическая аппроксимация опытных данных

 

---

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 190; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!