Обробка результатів експерименту
При постійній температурі трубки теплота Q, що виділяється на спіралі, не йде на її нагрівання, а повністю відводиться від поверхні за рахунок конвекціїї і випромінювання. Отже,
 .
| (5.9) |
При цьому:
 ,
| (5.10) | |
|
| (5.11) | |
,
. (5.12)
де 
– коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла; 
– бокова поверхня трубки, 
; 
– ступінь чорноти мідної трубки.
Для розрахунку 
із критеріального рівняння потрібно спочатку визначити критерій Рейнольдса і за його значенням знайти із таблиці 1 значення n і c та записати конкретний вид критеріального рівняння (5.7). Потім – визначити критерій 
і із нього – величину . Значення фізичних параметрів повітря взяти із таблиці 4 (лабораторна робота 4) за середньою температурою повітря у досліді. Результати розрахунку занести до таблиці 3.
Таблиця 3
| Розрахункова величина | Позначення | № формули | № досліду | ||
| 1 | 2 | 3 | |||
| Температура поверхні трубки | tст, oC; | 5.2 | |||
| Тепло, що виділяється на електроспіралі | Q, Вт | 5.10 | |||
| Променевий потік тепла | Qв, Вт | 5.11 | |||
| Конвективний потік тепла | Qк, Вт | 5.9 | |||
| Коефіцієнт тепловіддачі | α, Вт/м2оС | 5.1 | |||
| Середня температура повітря | tср, oC | 5.12 | |||
| Критерій Рейнольдса | Re | 5.4 | |||
| Критерій Нуссельта | Nu | 5.8 | |||
| Коефіцієнт тепловіддачі | α | 5.3 | |||
|
|
|
Контрольні питання
1. Поясніть суть процесу тепловіддачі.
2. Основне рівняння конвективного теплообміну.
3. Що називається коефіцієнтом тепловіддачі і методи його визначення?
4. Теорія подібності – основа моделювання процесів теплообміну.
5. Вид критеріального рівняння, що описує вимушену конвекцію.
6. Критеріальні рівняння Рейнольдса, Грасгофа.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6
ВИЗНАЧЕННЯ СТУПЕНЯ ЧОРНОТИ ПОВЕРХНІ МЕТАЛУ МЕТОДОМ ПОРІВНЯННЯ
| Мета роботи: | Поглиблення знань з теорії променевого теплообміну, дослідне визначення ступеня чорноти стальної трубки методом порівняння. | |
| Прилади та обладнання: | Експериментальна установка, термометр, годинник, штангенциркуль. | |
Теоретичні відомості
Променева енергія є результатом складних внутрішньоатомних процесів, енергією електромагнітних коливань, які розповсюджуються прямолінійно у навколишньому просторі із швидкістю близько 300000 км/сек.
Інтегральний тепловий потік 
, який випромінюється з одиниці поверхні в усіх напрямках, називається випромінюючою здатністю тіла. За законом Стефана-Больцмана для абсолютно чорного тіла:
|
|
|
| (6.1) |
де 
– випромінююча здатність чорного тіла; 
– константа випромінювання абсолютно чорного тіла ( 
) 
; 
– абсолютна температура чорного тіла 
.
Для розрахунків можна користуватися більш зручним записом:
| (6.2) |
де 
– коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла.
Випромінювання реальних тіл трохи відрізняється від закона Стефана-Больцмана.
Дослідним шляхом встановлено, що можна застосовувати цей закон і до сірих тіл. Тоді формула (6.2) прийме вигляд:
| (6.3) |
де 
– коефіцієнт випромінювання сірого тіла ( ); – його абсолютна температура .
Відношення енергії випромінювання сірого тіла до енергії випромінювання абсолютно чорного тіла називається відносною випромінювальною здатністю або ступінню чорноти тіла:
 .
| (6.4) |
З урахуванням (6.4) формула (6.3) має вигляд:
 .
| (6.5) |
Визначення ступеня чорноти поверхні металу методом порівняння полягає в тому, що обидві трубки знаходяться в рівних умовах. Трубка прийнята за еталон, покрита шаром сажі і ступінь чорноти 
відома, друга трубка має гладку поверхню і ступінь чорноти її 
потрібно визначити.
Температура стінок встановлюється для обох трубок по відношенню до зовнішнього середовища однаковою і тоді умови теплообміну у них також будуть однаковими.
|
|
|
Кількість тепла, віддана трубкою навколишньому середовищу, складається із тепла, переданого конвекцією 
, і тепла, переданого випромінюванням Qпр:
| Qсп=Qк+Qпр . | (6.6) |
Оскільки трубки мають одні і ті ж геометричні розміри, знаходяться в рівних умовах теплообміну і мають однакову температуру стінок, то кількість тепла, передана конвекцією, для обох трубок можна вважати однаковою:
| Qк1= Qк2 . | (6.7) |
Тепло, віддане випромінюванням кожною трубкою, визначається за формулами:
 ,
| (6.8) |
 .
| (6.9) |
де F=πDl – поверхня трубки, що віддає тепло (однакова для обох трубок); ε1=0,95 – ступінь чорноти еталонної трубки; ε2 – ступінь чорноти сірої трубки; Тст – середня абсолютна температура стінки трубки; Тпов – середня абсолютна температура повітря в приміщенні.
Тоді різниця в кількості тепла, відданих першою і другою трубками, визначається виключно різною їх здатністю до випромінювання, тобто буде обумовлена різними значеннями їх ступенів чорноти:
. (6.10)
Тепло, віддане кожною трубкою в стаціонарному режимі, визначається:
 ,
| (6.11) |
 ,
| (6.12) |
де I1, I2 – сила струму в першому і другому нагрівачі; U1, U2 – напруга на кінцях першого і другого нагрівача.
|
|
|
Використовуючи формули (6.10), (6.11), (6.12), визначаємо ступінь чорноти дослідної трубки за формулою:
 .
| (6.13) |
Рис. 6.1.Схема дослідної установки
Опис лабораторної установки
Електрична частина установки (рис.6.1) складається із таких елементів: двох лабораторних трансформаторів, двох вольтметрів, амперметрів і приладу для вимірювання температури.
Основними елементами установки є дві стальні трубки D=36 мм, l=132 мм, які розміщені горизонтально, виготовлені вони із сталі 40х ГОСТ 1050-74, однакових розмірів. Одна із трубок покрита шаром сажі, поверхня другої – гладка. Всередині трубок вмонтовані нагрівальні елементи у вигляді спіралі із ніхрому. Ступінь нагрівання трубок регулюється лабораторними автотрансформаторами. Температура стінок трубок реєструється за допомогою хромель-копелевих термопар, установлених на поверхні кожної із трубок і підключених через перемикач до приладу для вимірювання температури ЕВ 3000 К.
Порядок виконання роботи
1. Перед підключенням установки зняти кришку корпуса, перевірити, щоб регулювальні ручки автотрансформаторів були в крайньому лівому положенні.
2. Підключити установку до електромережі і прогріти її протягом 5 хвилин при силі струму 0,6 А.
3. Через 20 хвилин перевірити відповідність температур стінок двох трубок на приладі ЕВ 3000 К.
4. Виявивши невідповідність температур стінок трубок, виконати регулювання (автотрансформаторами), збільшуючи чи зменшуючи потужність нагрівачів.
5. Через 5 хвилин повторити всі виміри, виявити вдруге різницю температур стінок, знову виконати регулювання. І так до тих пір, доки два послідовних значення не дадуть рівності температур.
6. Досягнувши рівності температур, прийняти дані цього виміру за розрахункові і за формулою (13) підрахувати ступінь чорноти (ε2) дослідного зразка, дані вимірювання (I1, I2, U1 , U2 , tс1 , tс2) занести до таблиці1.
Таблиця 1
| № досліду | Трубка № 1 | Трубка № 2 | Температура повітря, Tпов , К | ε2 | ||||
| I1, А | U1, В | Tст , К | I2, А | U2, В | Tст , К | |||
| 1. | ||||||||
| 2. | ||||||||
| 3. | ||||||||
Контрольні питання
1. Сформулювати закон Стефана-Больцмана.
2. Що називається ступінню чорноти?
3. Що називається випромінюючою здатністю тіла?
4. Як розраховується променевий теплообмін між двома поверхнями, розділеними прозорим середовищем?
5. Закони випромінювання Кіргофа, Віна, Планка, Ламберта.
ЛАБОРАТОРНА РАБОТА №7-8
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 269; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!