При установившемся тепловом состоянии тепловая энергия электронагревателя через поверхность трубы передается в окружаю-щую среду. Передача теплоты осуществляется лучеиспусканием и конвективным теплообменом при свободном движении воздуха.
1. Вычисляют количество теплоты, переданное электронагрева-телем в окружающую среду (тепловой поток от поверхности трубы), равное мощности электрического тока, расходуемой на исследуемом участке:
,
где U – напряжение, подаваемое на нагреватель, В;
I – сила тока, А.
2. Вычисляют количество теплоты, переданное от поверхности трубы лучеиспусканием, по формуле
,
где – степень черноты поверхности трубы ( =0,8);
– коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела
( = 5,77), ;
S – поверхность теплообмена, равная поверхности трубы, ;
– абсолютная температура окружающего воздуха, К;
– абсолютная температура стенки трубы, К; определяется через среднюю температуру стенки: .
3. После определения значения вычисляют количество теп-лоты, переданное в окружающую среду посредством конвективного теплообмена:
.
4. По известной величине рассчитывают для всех трех изме-рений, при различных напряжениях на нагревателе, средние значения коэффициента теплоотдачи из уравнения (4.1).
По найденным значениям строят график α = f (Δt).
5. Для распространения полученных результатов на другие подобные процессы необходимо расчетные данные обобщить и представить их в виде критериального уравнения (4.7), для этого находят необходимые критерии подобия по формулам (4.4), (4.5), (4.6).
Физические параметры воздуха, входящие в уравнения критериев подобия, берутся из таблицы А.3 Приложения А при средней температуре .
6. Для определения коэффициентов С и n необходимо пролога-рифмировать уравнение (4.7):
.
В логарифмической системе координат это уравнение представляет прямую линию (рисунок 10).
Значение показателя степени n определяется как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс, т.е.
.
Постоянная находится из соотношения: .
Рисунок 10 – Зависимость от
Полученное критериальное уравнение следует сравнить с имею-щимся в литературе:
при Gr·Pr>2·107;
при Gr·Pr<2·107.
Результаты обработки экспериментальных данных следует представить в виде таблицы 9 и графиков функциональной зависимости и .
Таблица 9 – Вычисляемые величины
tст ºC | Tв ºC | tср ºC | Q, Вт | Qл, Вт | Qк, Вт | α | Nu | Gr | Lg Nu | lg Gr | С | n |
Контрольные вопросы
1. Какие виды переноса теплоты участвуют в теплообмене?
2. Понятие температурного градиента и изотермической поверхности.
3. Выведите уравнение теплопроводности в неподвижной среде.
4. В чем причина различного распределения температур по толщинам плоской и цилиндрической стенок?
5. Как определяют количество теплоты, переходящее от более нагретого тела к менее нагретому вследствие теплового излучения?
6. В чем состоит различие между процессами конвекции и теплоотдачи?
7. Что такое тепловое подобие? Приведите критерии теплового подобия, критериальное уравнение теплоотдачи.
8. Охарактеризуйте распределение температур в ламинарном и турбулентном потоках. Что такое тепловой пограничный слой?
9. В чем состоят различия в уравнениях для определения коэффициентов теплоотдачи при вынужденной и естественной конвекции?
10. Какими методами можно интенсифицировать процесс тепло-отдачи в движущемся потоке (агрегатное состояние теплоносителя не меняется)?