Обработка результатов измерений. 1. По табл. П.1 приложений осуществить перевод измеренных на четырех режимах значений. Контрольные вопросы

1. По табл. П.1 приложений осуществить перевод измеренных на четырех режимах значений термо – э.д.с. для десяти хромель-копелевых термопар в температуру t_{i ,}⁰С и занести их величины в таблицу результатов обработки измерений (табл. 2).

Таблица 2

№ п/п

t1, oC

t2, oC

t3, oC

t4, oC

t5, oC

t6, oC

t7, oC

t8, oC

t9, oC

t10, oC

oC

r, Ом·м

R, Ом

Q, Вт

Qл, Вт

Qк, Вт

1

2

3

4

 

2. Для каждого из четырех режимов определить:

а) среднюю температуру поверхности вертикальной 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.

 

 

Рис.10. Мнемосхема экспериментальной установки лабораторной работы

«Определение коэффициента теплоотдачи при естественной конвекции около вертикального цилиндра»

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

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

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 вертикальной трубы, м;

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 0,15; F = p · d · L - площадь наружной поверхности трубы, м²; Т_с- средняя по высоте температура поверхности трубы, ^оК; Т_ж = ( t _ж +273) - температура теплоносителя 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 /( p · d L ) Вт/м²,

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

= q /  Вт/м²·К,

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

3. По результатам расчетов (табл. 3) построить график зависимости среднего коэффициента теплоотдачи от среднего температурного напора  = f ( ).

Таблица 3

№ п/п	, oC	q, Вт/м2	, Вт/м2·К	Nuhж	Prж	Grhж	Grhж·Prж	n	C
1
2
3
4

4. Для каждого из четырех режимов определить:

а) число Нуссельта

Nu _{ж h} = · h / l _ж;

б) число Грасгофа

Gr _{ж h} = ( g · b _ж · h ³ · r _ж ² · ) / m _ж ² = ( g · b _ж · h ³ · ) / ν_ж²;                (3.6)

в) число Прандтля

Pr _ж = n _ж / a _ж,

где h = L - характерный размер, равный длине вертикальной трубы, м; g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения; b _ж =1/Т_ж  - коэффициент объемного расширения, К^-1; l _ж -коэффициент теплопроводности, Вт/м·К; a _ж - коэффициент температуропроводности, м²/с; m _ж - коэффициент динамической вязкости, Па·с; и n _ж - коэффициент кинематической вязкости, м²/с;  - средний температурный напор. Теплофизические свойства теплоносителя находятся по приложениям (табл. П.2, П.5) в зависимости от определяющей температуры t_ж. Результаты расчетов сводятся в табл. 3.

5. По данным табл. 3 построить в логарифмических координатах график зависимости

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

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

6. По результатам обработки опытных данных определить постоянные C и n в уравнении подобия, которое в случае стационарной естественной конвекции рассматриваемых теплоносителей около вертикальной стенки (цилиндра) имеет вид

Nu _{ж h} =C·(Gr _{ж h} ·Pr _ж )ⁿ

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

7. Полученную экспериментальную зависимость Nu _{ж h} = C ·( Gr _{ж h} · Pr _ж ) ⁿ сопоставить с теоретическими для ламинарного и турбулентного режимов движения теплоносителя в пограничном гидродинамическом слое (формулы (3.3) и (3.4)).

8. По данным табл. 2 для одного из режимов рассчитать значения локальных по высоте трубы температурных напоров и плотностей теплового потока,

Δ t_i = ( t _{с i} – t _ж ) ^оС,

q_i = ( Q - Q _{л i} ) /( p · d · L_i ) Вт/м²,

где i-номер термопары; L_i -длина участка трубы, соответствующего i-й термопаре, отсчитываемая от нижнего конца вертикальной трубы до точки измерения локальной температуры (см. табл. 4). Лучистая составляющая теплового потока при локальной температуре поверхности трубы T_ci =( t _{с i} +273) ^оK  определяется по формуле

Q _{л i} =5,67· e · F [( T_ci /100)⁴-( T _ж /100)⁴] Вт.

9. Определить значения локальных по высоте трубы коэффициентов теплоотдачи

a _i = q_i   / D t_i  Вт/м²·К.

Результаты расчетов заносятся в табл. 4.

Таблица 4

i	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Li, м	0,125	0,275	0,425	0,575	0,725	0,875	1,025	1,175	1,325	1,475
Δ ti ,оС
Tci ,оК
Q л i , Вт
qi, Вт/м2
a i , Вт / м 2 · К

 

10. По данным табл. 4 построить график изменения локального коэффициента теплоотдачи вдоль нагретой вертикальной стенки a _i = f ( L_i ).

 

Контрольные вопросы

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

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

3. Какой вид имеет уравнение подобия при естественной конвекции около вертикальной стенки (вертикальной трубы)? Что характеризуют числа подобия, входящие в это уравнение?

4. Как изменяются температура и скорость движения теплоносителя по толщине гидродинамического пограничного слоя около вертикальной стенки?

5. Как изменяется локальный коэффициент теплоотдачи по высоте вертикальной стенки?

6. Метод исключения лучистой составляющей плотности теплового потока при определении α.

7. Объясните методику определения вида уравнения подобия.

Лабораторная работа № 4

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: