Обработка экспериментальных данных

3 4 5 6 7 8 9

Для каждого установившегося теплового режима необходимо:

1. Вычислить количество тепла, выделенное на расчетном участке опытной трубой:

где U - напряжение [В], R - сопротивление на данном участке цилиндра.

где L -длинна цилиндра, F -Площадь поперечного кольцевого сечения трубы.

Рис. 10

d - наружный диаметр цилиндра, d0=d-2 - внутренний диаметр цилиндра. ρ - удельное сопротивление материала цилиндра.

- средняя температура стенки цилиндра.

Выделенное тепло отдается окружающей среде конвективным теплообменом и излучением:

Q = Q_к + Q_л, Вт (6)

где Q_к - тепло, переданное воздуху только путем конвективного теплообмена, Вт;

Q_л - тепло, переданное окружающей среде путем излучения, Вт.

2. Вычислить среднюю температуру поверхности трубы

, ^оС (7)

где t_Ti – показания термопар.

3. Вычислить лучистую составляющую выделенного тепла

, Вт (8)

где

Т_с - средняя температура стенки трубы, (Т_с = t_с +273) К; принимается как средняя арифметическая из показаний шести термопар при установившемся режиме;

Т_с - температура окружающего воздуха, (Т_ж = t_ж + 273) К;

С_пр - приведенный коэффициент излучения, С_пр = 2,09 Вт/(м²×К):

F - поверхность опытной трубы, F = p d L, м².

4. Вычислить количество тепла, переданное воздуху путем конвективного теплообмена

Q_К= Q – Q_л, Вт (9)

5. Вычисляем плотность теплового потока

q_K = Q_K/F, Вт/м² (10)

6. Определить средний коэффициент теплоотдачи

, (11)

Зависимость (11) строго справедлива лишь для данной опытной трубы. Для распространения полученных результатов на другие подобные процессы необходимо опытные данные сравнить со значениями, получаемыми из обобщенного уравнения подобия (4).

7. Вычислить числа подобия:

Нуссельта , (12)

Грасгофа , (13)

Прандтля , (14)

Физические параметры воздуха (n, а, l) берутся из таблицы (приложение 2) при средней температуре воздуха.

t_ср = 0,5 × (t_ж + t_C)

Коэффициент b рассчитывается по зависимости:

, 1/^оК

8. Согласно полученному значению произведения G_r × P_r выбрать значения показателей (С* и n*), входящих в уравнение подобия по таблице 4. и рассчитать величину критерия Нуссельта по формуле:

Nu^*=C^*×(Gr×Pr)ⁿ^*

9. Определить погрешность формулы Михеева для условий опыта:

(15)

Контрольные вопросы.

При допуске к выполнению работы:

1. Что экспериментально определяется в работе?

2. Что называется установившимся режимом?

3. Что необходимо знать для распространения полученных данных на другие явления конвективного теплообмена?

4. Какой физической картине соответствует установившийся режим?

5. Что является конечной целью работы?

6. Как задаются режимы экспериментального исследования?

7. Как производится запись замеряемых параметров?

8. Для чего замер температур поверхности трубы сделан в шести точках?

9. Чем определяется количество замеров на одном режиме?

При защите отчета.

1. Физическая сущность передачи тепла конвекцией, излучением и теплопроводностью.

2. Что называется конвективным теплообменом?

3. Почему в чистом виде конвекция отсутствует?

4. В каких средах и почему может наблюдаться конвективный теплообмен?

5. Что называется теплоотдачей?

6. Запишите закон Ньютона-Рихмана?

7. Что характеризует и каков физический смысл коэффициента теплоотдачи?

8. От каких факторов зависит коэффициент теплоотдачи?

9. Какой конвективный теплообмен называется свободным?

10. Какой конвективный теплообмен называется вынужденным?

11. Каков физический смысл чисел Нуссельта, Грасгофа и Прандтля?

12. В чем различия между определяемыми и определяющими числами подобия?

13. Что называется уравнением подобия?

14. В каком диапазоне параметров справедливо полученное уравнение подобия?

15. Как пользоваться уравнением подобия?

16. Назовите область применения полученного вами уравнения подобия?

17. Как проверить, можно ли полученным уравнением пользоваться при других геометрических параметрах трубы и другой температуре?

Протокол к лабораторной работе №

п/п	Наименование	Обозначение	Номер опыта

	Время начала опыта, час. мин.	t
	Напряжение питания, В	U
	Показания милливольтметра, ⁰С		t_ci





	Средняя температура поверхности трубы, ⁰С	t_c
	Температура воздуха, ⁰С	t_ж
	Тепловая мощность нагревателя, Вт	Q
	Поправка на теплообмен излучением, Вт	Q_л
	Мощность конвективного теплообмена, Вт	Q_к
	Плотность теплового потока, Вт/м²	q_к
	Средний коэффициент теплопередачи, Вт/(м²× ⁰С)	a
	Критерий Нуссельта	Nu
	Критерий Грасгофа	Gr
	Критерий Прандтля	Pr
	Погрешность формулы Михеева, %	s

Лабораторная работа

«Исследование теплоотдачи при естественной конвекции около вертикального цилиндра методом имитационного моделирования процесса теплообмена».

Цель работы - экспериментально определить коэффициент теплоотдачи на поверхности вертикально расположенного цилиндра при естественной конвекции в неограниченном пространстве и сопоставить результаты опытов с расчетными данными.

Теоретическая часть

Конвективный теплообмен - процесс переноса тепла при перемещении макрочастиц жидкости или газа относительно поверхности твердого тела. Различают вынужденную и свободную (естественную) конвекции. Вынужденное движение жидкости реализуется за счет сил давления, которые создаются принудительно, например, насосом, компрессором или набегающим потоком газа. Свободная (естественная) конвекция создается в поле внешних массовых сил, имеющих различную природу: гравитационные и электромагнитные поля, центробежные или кариолиссовые силы и т.д. В частном случае внешние массовые силы могут быть обусловлены гравитационным полем Земли. В данном случае свободную конвекцию принято называть тепловой гравитационной конвекцией. Гравитационное поле Земли оказывает влияние на движение жидкости только при наличии свободных поверхностей или неоднородного распределения плотности жидкости. При отсутствии свободных поверхностей и однородном распределении плотности жидкости или газа сила тяжести, действующая на элемент объема среды, уравновешивается архимедовой силой, выталкивания, и свободная конвекция не возникает. В общем случае при неоднородном распределении плотности жидкости сила тяжести не уравновешивается архимедовой силой. В отличие от вынужденных конвективных течений, обусловленных внешними причинами, свободные (или естественные) конвективные течения возникают исключительно под действием неравномерности плотности жидкости или газа. Для инженерной практики важно знать и уметь определять интенсивность теплообмена на поверхности, которая характеризуется коэффициентом теплоотдачи. Под коэффициентом теплоотдачи понимается количество теплоты, отдаваемое (или воспринимаемое) с единицы поверхности в единицу времени при разности температур между поверхностью и средой в один градус.

(1)

Где q_ст - плотность теплового потока, равная количеству теплоты, отдаваемой с единицы поверхности за единицу времени; T_ст - температура поверхности, Tж - температура среды вне пограничного слоя, [а] = 1 Вт/( *К).