Обработка экспериментальных данных

1. Для определения среднего по поверхности трубы коэффициента теплоотдачи используется формула Ньютона (5).

В рассматриваемых условиях опытов теплота Q, выделенная на экспериментальном участке в результате пропускания по нему электрического тока, отдается в окружающую среду как посредством естественной конвекции Q_к, так и посредством излучения Q_и. Поэтому теплота, отдаваемая поверхностью трубы посредством конвекции Q_к, определяется как разность между теплотой Q, выделяемой электрическим током и теплотой Q_и, отдаваемой посредством лучистого теплообмена, т.е.

Q_к = Q – Q_и и соответственно плотность теплового потока q_w определится как

q_w = Q_к/ S, где S – площадь наружной поверхности трубы.

2. Определяется теплота, выделенная на экспериментальном участке в результате пропускания по нему электрического тока

(13)

[Q] = 1 Вт,

где U – напряжение электрического тока, подаваемое на экспериментальный участок и измеряемое вольтметром в вольтах;

R – электросопротивление трубы: R = r l/F,

где l – длина трубы,

- площадь поперечного кольцевого сечения (материала) трубы;

d – наружный диаметр трубы;

d₀ = d - 2d - внутренний диаметр трубы;

r - удельное электросопротивлениематериала трубы, для нержавеющей стали r определяется в зависимости от температуры:

; [r] = 1 Ом м;

- средняя температура трубы;

t_wі – значение измеряемых температур по контуру поперечного сечения трубы,

п – количество измерений в сечении трубы.

3. Определяется теплота, отдаваемая поверхностью трубы в окружающее пространство посредством излучения согласно закону Стефана-Больцмана:

, (14)

где e - степень черноты;

T_w - средняя по контуру поперечного сечения температура поверхности трубы, измеренная в кельвинах;

Т_¦ -температура среды в кельвинах;

S = pdl – площадь наружной поверхности трубы,

[S] = 1 м², [Q_и] = 1 Вт.

4. Определяется плотность теплового потока на поверхности трубы, обусловленная теплообменом посредством естественной конвекции

, . (15)

5. Определяется среднее (по контуру поперечного сечения трубы) значение коэффициента теплоотдачи для каждого температурного режима по формуле Ньютона (5).

6. Определяются критерии подобия Nu_¦, Gr_¦, Pr_¦:

,

,

,

где в качестве определяемой температуры используется температура среды Т_¦;

критерий Прандтля для воздуха можно принять:

Pr_¦ = 0,7;

g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

b_а = 1/Т_а – коэффициент объемного расширения;

r_¦ - плотность воздуха, определяемая из уравнения состояния

Р₀ – давление окружающей среды в паскалях),

R =287 Дж/(кг К) – газовая постоянная воздуха;

l_¦, m_¦ - соответственно теплопроводность и динамическая вязкость воздуха, определяемые в зависимости от температуры среды Т_¦ согласно эмпирическим зависимостям

, ;

, .

7. Результаты расчетов сводятся в таблицу 3.

Таблица 3 – Результаты обработки опытных данных.

№ режима	Q, Вт	Qи, Вт	qw, Вт/м2	, К	, Вт/(м2К)	Nu¦	(GrPr)¦	lgNu¦	Lg(GrPr)¦

8. В логарифмических координатах строится известная зависимость lgNu_¦=¦[lg(GrPr)] для среднего (по контуру поперечного сечения трубы) значения критерия Нуссельта (9). На зависимость наносятся соответствующие экспериментальные значения.