Обработка результатов экспериментального исследования

Пример расчета представлен для следующих экспериментальных значений:

Δl = 0,69 мм

I = 0,85 A

U = 5 B

t_окр = 24 С

B = 969 мбар = 0,0969 MПа

1. Атмосферное давление находится с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по формуле:

, Па

2. Температурный напор (разность температур струны и окружающей среды) находится по эмпирической формуле в зависимости от удлинения струны:

, °С

где Δ l − удлинение струны, мм;

3. Средняя температура струны:

, °С

4. Температура пограничного слоя:

, С

5. Мощность теплового потока, выделенная при прохождении электрического тока по струне:

, Вт

6. Мощность теплового потока через поверхность струны в окружающую среду за счет теплового излучения определяется по закону Стефана-Больцмана:

, Вт

где ε = 0,9− степень черноты нихромовой проволоки, С₀ = 5,67 − коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м²·К⁴); F= πdl − теплоотдающая поверхность струны, равная 2,4178·10^{-3_, м2} .

Таким образом, с учетом численных значений параметров:

, Вт

7. Тогда тепловой поток от поверхности струны в окружающую среду за счет свободной конвекции:

, Вт

8. Опытное значение коэффициента теплоотдачи:

, Вт/(м²·К)

9. Определяем критерии теплового подобия (теплофизические свойства воздуха) при температуре t_m (табл.1): λ = 2,95·10^-2 Вт/м·К; ν = 21,1·10^-6 м²/с; β = 0,00289 К^-1; Pr = 0,71.

Критерий Грасгофа:

В зависимости от значения комплекса (Gr·Pr) подбирается коэффициент С=0,135 и показатель степени n=1/3 в уравнении подобия конвективного теплообмена (табл. 2).

Критерий Нуссельта:

10. Расчетное значение коэффициента теплоотдачи

Вт/м²·К

11. Относительное расхождение между опытным и расчетным значениями коэффициента теплоотдачи в условиях проведения эксперимента

%

12. Результаты расчетов должны быть продублированы в форме сводной таблицы 4.

Таблица 4.

№ п/п	Измеряемая величина	Обозначение	Единицы измерен.	Номера опытов
	Температура пограничного слоя (разность температур струны и окружающей среды)	Δtm	°С
	Средняя температура струны	tcт	°С
	Количество тепла, выделенное электрическим током	Qэ	Вт
	Количество тепла, отданное излучением	Qи	Вт
	Количество тепла, отданное конвекцией	Q	Вт
	Опытное значение коэффициента теплоотдачи	αоп	Вт /(м2·K)
	Коэффициент объемного расширения воздуха	β	1/K
	Коэффициент теплопроводности воздуха	λ	Вт /(м·K)
	Коэффициент кинематической вязкости воздуха	ν	м2/с
	Критерий Нуссельта	Nu	−
	Критерий Грасгофа	Gr	−
	Расчетное значение коэффициента теплоотдачи	αр	Вт /(м2·K)
	Относительное расхождение между опытным и расчетным значениями коэффициента теплоотдачи	δ	%

По результатам расчетов построить в соответствующем масштабе в логарифмических координатах график зависимости критерия Nu от произведения (Gr·Pr). Характер зависимости представить в виде прямой линии.

Контрольные вопросы

1. Какова цель лабораторной работы?

2. Что называется конвекцией?

3. Что называется конвективным теплообменом?

4. Что называется конвективной теплоотдачей?

5. Укажите причины возникновения свободной конвекции.

6. Приведите математическое выражение закона Ньютона-Рихмана.

7. В каких единицах измеряется тепловой поток Q, плотность теплового потока q?

8. В каких единицах измеряется коэффициент теплоотдачи a?

9. В чем заключается физический смысл коэффициента теплоотдачи?

10. Какой вид имеет уравнение подобия при свободной конвекции?

11. Как определяются числа Грасгофа Gr, Нуссельта Nu, Прандтля Pr?

12. Что характеризуют числа Грасгофа Gr, Нуссельта Nu, Прандтля Pr?

13. Какая характеристика принята в качестве определяющего размера при расчете чисел подобия при свободной конвекции от вертикальной струны?

14. Какая температура принята в качестве определяющей при расчете чисел подобия при свободной конвекции от вертикальной струны?

15. Что учитывает множитель (Pr/Pr_c)^0,25 в уравнение подобия конвективного теплообмена ?

16. Приведите дифференциальное уравнение теплоотдачи.

17. Какие характеристики при проведении лабораторной работы определяются опытным путем?

18. По какому соотношению определяется тепловой поток, передаваемый от опытной струны в окружающую среду за счет конвективного
теплообмена Q_к?

19. Из какого соотношения определяется опытное значение коэффициента теплоотдачи a _к(оп)?

20. Из какого соотношения определяется расчетное значение коэффициента теплоотдачи a _к(р)?

21. Какие формы передачи теплоты имеют место при передачи теплоты от наружной поверхности опытной струны в окружающую среду?

22. По какому соотношению определяется и в каких единицах измеряется термическое сопротивление теплоотдачи?

ЛИТЕРАТУРА

1. Поршаков Б.П., Бикчентай Р.Н., Романов Б.А. Термодинамика и теплопередача (в технологических процессах нефтяной и газовой промышленности): Учебник для вузов. – М.: Недра, 1987. – 349 с.

2. Теплотехнический справочник. Издание 2-е переработанное. Под редакцией В.Н. Юренева и П.Д. Лебедева. Т. 1. – М.: Энергия, 1975. – 744 с.

3. Трошин А.К. Методические рекомендации к лабораторным работам по теплопередаче. – М.: МИНГ, 1988. – 50 с.