Обработка экспериментальных данных

1. Для определения локального коэффициента теплоотдачи a согласно закона Ньютона (1) необходимо рассчитать конвективный тепловой поток Q_к, поскольку все остальные величины Т_wі, Т_¦, F измерены. Q_к определяется из баланса энергии: Q_к=Q_э-Q_u, так как электрическая мощность Q_э, затраченная на нагревание исследуемого цилиндра, отдается в окружающую среду как свободной конвекцией Q_к, так и излучением Q_u.

Электрическая мощность, подводимая к цилиндру, рассчитывается по формуле

, [Q_э] = 1 Вт, (11)

где R – омическое сопротивление цилиндра,

[R] = 1 Ом, принимается равным 0,0195 Ом.

Лучистый тепловой поток рассчитывается по формуле

, переделать (12)

где Т_wі и Т_¦ – температура стенки в і-ой точке и окружающего воздуха, измеренные в кельвинах;

С₀ = 5,7 Вт/(м² К⁴) – коэффициент излучения абсолютно черного тела; e =0,2 – степень черноты поверхности стального цилиндра;

F = pD_нарL – площадь боковой поверхности вертикального цилиндра, определенная в квадратных метрах.

Местный коэффициент теплоотдачи

(13)

где DТ_і= Т_wі- Т_¦ – температурный напор в местах заделки термопар, [DT_і] = 1К,

[d_і] = 1 Вт/(м² К).

2. Находится значение определяющей температуры по формуле

, (14)

где Т_wср – среднее значение температуры стенки.

3. По найденному значению определяющей температуры выписываются из приложения теплофизические параметры (l,n,Rr) и подсчитывается объемный коэффициент расширения b = 1/ Т_m.

4. Вычисляются критерии подобия

, (15)

, (16)

, (17)

5. Результаты обработки опытных данных сводятся в таблицу.

6. Полученные значения критериев подобия наносятся на график, построенный в логарифмических координатах lg Nu_m, lg(Gr_m Pr_m) (рисунок 2) и прямой линией, тангенс угла наклона которой определяется значение показателя п в критериальной зависимости: Nu_mx = C (Gr_mx Pr_m)ⁿ.

Значение постоянной С определяется из выражения по любой точке аппроксимирующей прямой.

7. Аналогичные действия по пп.4 и 6 выполняются для определяющей температуры Т_¦.

8. Сопоставляются экспериментально полученные зависимости Nu_x= C(Gr_xPr)^п с теоретическими для ламинарного и турбулентного режимов течения.

Ламинарный режим течения реализуется при Gr_fx Pr_f < 10⁹ и теоретическая зависимость имеет вид

_Nu¦х = 0,56 (Gr_fx Pr_f)^0,25 (18)

Турбулентный режим течения в пограничном слое реализуется при Gr_fx Pr_f ³ 6 10¹⁰, в данном случае теоретическая зависимость имеет вид

_Nu¦x = 0,13 (_Gr¦x Pr_¦)^1/3 (19)

В данной работе может реализоваться сразу оба режима течения в зависимости от исследуемой газовой среды, ламинарный и турбулентный, и экспериментальные результаты аппроксимируются двумя прямыми с различным наклоном, и соответственно получаются два значения показателя степени п₁ и п₂ при (_Gr¦x Pr_¦) и постоянной С₁ и С₂ (рисунок 2).

9. Строится график зависимости коэффициента теплоотдачи вдоль вертикальной стенки a_і = ¦ (x_і) (рисунок 1).