Обработка результатов измерений. Лабораторная работа № 3. Контрольные вопросы

1. По табл. П.1 приложений осуществить перевод измеренных на шести режимах значений термо – э.д.с. для шести хромель-копелевых термопар в температуру t_{i ,}⁰С и занести их величины в таблицу результатов обработки измерений (см. табл. 3).

2. Для каждого из шести режимов определить:

а) среднюю температуру поверхности горизонтальной трубы

 ⁰С,  ⁰K,                

где i-номер термопары;

б) количество теплоты, выделяемое на экспериментальном участке в результате пропускания по нему электрического тока

 Вт,

где U-напряжение, подаваемое на экспериментальный участок, В; R- электрическое сопротивление трубы, определяемое по формуле

 Ом,

где r- величина удельного электрического сопротивления материала трубы (нержавеющей стали) находится в зависимости от средней температуры стенки трубы t_c по эмпирической зависимости /1,4/

r =7,3·10 ^-7·[( t_c +273)/273]^0,236  Ом·м,

где f =( p /4)·( d ² - d ₀ ² ) - площадь поперечного кольцевого сечения трубы, м²;
d ₀ = d -2·δ -внутренний диаметр трубы, м; l , d , δ - длина рабочего участка, наружный диаметр и толщина стенки горизонтальной трубы, м;

Таблица3

№ п/п

t1, oC

t2, oC

t3, oC

t4, oC

t5, oC

t6, oC

tс, oC

r, Ом·м

R, Ом

Q, Вт

Qл, Вт

Qк, Вт

1-я серия опытов l=  м, d =  мм, δ=  мм

1

2

3

2-я серия опытов l=  м, d =  мм, δ=  мм

4

5

6

 

в) количество теплоты, отдаваемое поверхностью трубы в окружающее пространство посредством излучения

Q _л =5,67· e · F [( T_c /100)⁴-( T _ж /100)⁴] Вт,

где e- степень черноты поверхности трубы, принимаемая 0,6; F = p · d · l-площадь наружной поверхности трубы, м²; Т_с- средняя по контуру поперечного сечения температура поверхности трубы, ^оК; Т_ж- температура воздуха вдали от поверхности трубы, ^оК;

г) количество теплоты, отдаваемое поверхностью трубы посредством конвекции Q _к, определяемое как разность между теплотой, выделяемой электрическим током Q, и теплотой, отдаваемой посредством лучистого теплообмена Q_л

Q _к = Q - Q _л  Вт;

д) среднюю плотность теплового потока с поверхности трубы, обусловленную теплообменом, посредством естественной конвекции

q = Q _к / F ·= Q _к /( p · d · l ) Вт/м²;                                     (2.4)

е) средний по поверхности трубы коэффициент теплоотдачи естественной конвекцией по формуле Ньютона-Рихмана

a = q /Δ t Вт/м²·К,

где Δ t = ( t _с – t _ж ) -средний температурный напор, ^оС.

По результатам расчетов для каждой серии опытов (табл. 4) построить график зависимости a = f (Δ t ).

Таблица 4

№ п/п	Δt, oC	q, Вт/м2	α, Вт/м2·К	Nu ж d	Prж	Grжd	Grжd·Prж	n	C
1-я серия опытов l=  м, d =  мм, δ=  мм
1
2
3
2-я серия опытов l=  м, d =  мм, δ=  мм
4
5
6

 

3. Для каждого из шести режимов определить:

а) число Нуссельта

Nu _{ж d} = a · d / l _ж;

б) число Грасгофа

Gr _{ж d} = ( g · b _ж · d ³ · r _ж ² ·Δ t ) / m _ж ² = ( g · b _ж · d ³ ·Δ t ) / ν_ж²;                      (2.5)

в) число Прандтля

Pr _ж = n _ж / a _ж,

где g = 9,81м/с²-ускорение свободного падения; b _ж =1/Т_ж - коэффициент объемного расширения воздуха К^-1; l _ж -коэффициент теплопроводности воздуха Вт/м·К; a _ж - коэффициент температуропроводности воздуха м²/с; m _ж -коэффициент динамической вязкости воздуха Па·с; n _ж -коэффициент кинематической вязкости воздуха м²/с; Δ t -средний температурный напор. Теплофизические свойства воздуха находятся по приложениям (табл. П.2) в зависимости от определяющей температуры t_ж. Результаты расчетов сводятся в табл. 4.

6. По данным табл. 4 для каждой из серии опытов построить в логарифмических координатах график зависимости

lgNu _{ж d} = f [ lg ( Gr _{ж d} · Pr _ж )]

для среднего (по контуру поперечного сечения трубы) значения числа Нуссельта Nu _{ж d} от произведения ( Gr _{ж d} · Pr _ж ). На зависимость наносятся соответствующие экспериментальные точки (см. рис. 7).

Рис. 7. Зависимость lgNu _{ж d} = lg С+ n · lg ( Gr _{ж d} · Pr _ж )
для горизонтальной трубы при естественной конвекции

7. По результатам обработки опытных данных определить постоянные C и n в уравнении подобия. В случае стационарной естественной конвекции воздуха около горизонтального цилиндра уравнение (2.3 ) имеет вид

Nu _{ж d} =C·(Gr _{ж d} ·Pr _ж )ⁿ.

В логарифмических координатах эта зависимость представляет собой прямую lgNu _{ж d} = lg С+ n · lg ( Gr _{ж d} · Pr _ж ) с угловым коэффициентом, равным показателю степени n = tg γ, где γ - угол наклона прямой к оси абсцисс lg ( Gr _{ж d} Pr _ж ) , измеряемый в градусах. Постоянная С представляет собой отрезок, получающийся при пересечении прямой с осью ординат lgNu _{ж d} (см. рис. 7).

Значение постоянной С определяется из выражения С= Nu _{ж d} /( Gr _{ж d} Pr _ж ) ⁿ по любой точке аппроксимирующей прямой. В результате обобщения многочисленных экспериментальных данных в диапазоне 10³ < ( Gr _{ж d} · Pr _ж ) <10⁸ для наших условий проведения опытов получены значения постоянных: C = 0,5 и n = 0,25.

8. Для одного из шести режимов рассчитать значения локальных коэффициентов теплоотдачи по контуру поперечного сечения трубы при постоянной плотности теплового потока на её поверхности /1,4/

a _φ = q /Δ t _φ Вт/м²·К,

где Δ t _φ = t _i - t _ж- локальный температурный напор по поверхности трубы, ^оС; φ – угол установки термопар, отсчитываемый от нижней точки поперечного сечения трубы (см. рис. 5). Результаты расчетов заносятся в табл. 5. В полярных координатах a _φ = f (φ)  построить график изменения локального коэффициента теплоотдачи по окружности трубы.

Таблица 5

φ , o	0	30	60	90	120	150
Δ t φ ,o С
a φ, Вт/м2·К

Контрольные вопросы

1. Какой вид теплообмена называется конвективным? Чем различаются теплообмен при вынужденной и свободной конвекции?

2. Уравнение Ньютона-Рихмана. Коэффициент теплоотдачи, его физический смысл. Факторы, влияющие на него.

3. Как изменяется локальный коэффициент теплоотдачи a _φ по окружности горизонтальной трубы?

4. Какой вид имеет уравнение подобия при естественной конвекции около горизонтальной трубы? Что характеризуют числа подобия, входящие в это уравнение?

5. Почему изменение наружного диаметра горизонтальной трубы приводит к изменению среднего коэффициента теплоотдачи при естественной конвекции?

6. Как ведется расчет теплоотдачи при свободной конвекции около горизонтальных плит?

 

Лабораторная работа № 3

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: