Обработка результатов измерений. 1. Для каждого из четырех режимов определить. Контрольные вопросы

1. Для каждого из четырех режимов определить:

а) среднюю температуру поверхности трубы

 ⁰С, где i-номер термопары;

б) среднюю температуру воздуха в трубе

 ⁰С;

в) 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;

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

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

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

Таблица 3

№ п/п	D Н, Па	, oC	, oC	r, Ом·м	R, Ом	Q, Вт	Qп, Вт	r", кг/м3	W"ж, м/с	G, кг/с
1	200
2	400
3	800
4	1600

 

г) скорость воздуха на выходе из рабочего участка и расход воздуха через рабочий участок, измеряемые трубкой Пито,

 м/с;

 кг/с,

где:  - плотность воздуха в измерительном сечении, кг/м³; D Н -динамический напор, измеряемый трубкой Пито, Па; D Р -разрежение на выходе из рабочего участка, Па; R = 289 Дж/кг·К- газовая постоянная воздуха; В - барометрическое давление, Па; x = 0,96 - коэффициент, полученный по результатам градуировки расходомерного устройства; F = p · d ² /4-площадь поперечного сечения трубы, м²; d = 0,0085 м - внутренний диаметр трубы;

д) потери тепла с наружной поверхности трубки в окружающую среду за счет свободной конвекции, излучения и концевых потерь

 Вт,

где k = 0,18 Вт/К - коэффициент, определенный опытным путем /1, 4/.

Результаты расчетов заносятся в табл. 3.

2. По данным табл. 2 для каждого из четырех режимов определить:

а) значения температурного напора в сечениях трубки с координатами х _i (i= 1, 2,…, 10) /1,4/

 ⁰C,

где х _i - координаты горячих спаев термопар, м (см. табл. 1); L = 0,725 м - длина всего рабочего участка;

б) локальные значения коэффициента теплоотдачи /1, 4/

 Вт/м²·К;

Результаты расчетов  заносятся в табл. 4.

в) средние значения коэффициента теплоотдачи (при определении среднего значения коэффициента теплоотдачи значения a₁ и a₁₀ исключаются из рассмотрения ввиду влияния утечек теплоты с торцов рабочего участка) /1, 4/

 Вт/м²·К,

где L_i -длина участка трубы, соответствующего i-й термопаре, м (см. рис. 15 и табл. 4).

Результаты расчетов  для каждого из режимов заносятся в табл. 5.

3. По данным табл. 4 для одного из режимов построить график зависимости локального коэффициента теплоотдачи от длины участка трубы

Таблица 4

i	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
xi, м	0,025	0,045	0,085	0,155	0,250	0,370	0,490	0,610	0,695	0,715
Li, м	0,0225	0,030	0,055	0,0825	0,1075	0,120	0,120	0,1025	0,0525	0,015
D Н = 200 Па , t ж ' =... о С, t ж " =…, о С, Q = … Вт , Q п = … Вт,  = … Вт/м2·К
Δ ti ,оС
a i , Вт/м2·К
D Н = 400 Па , t ж ' =... о С, t ж " =…, о С, Q = … Вт , Q п = … Вт,  = … Вт/м2·К
Δ ti ,оС
a i , Вт/м2·К
D Н = 800 Па , t ж ' =... о С, t ж " =…, о С, Q = … Вт , Q п = … Вт,  = … Вт/м2·К
Δ ti ,оС
a i , Вт/м2·К
D Н = 1600 Па , t ж ' =... о С, t ж " =…, о С, Q = … Вт , Q п = … Вт,  = … Вт/м2·К
Δ ti ,оС
a i , Вт/м2·К

 

4. Для каждого из четырех режимов, приняв за определяющий размер внутренний диаметр трубы d, а за определяющую температуру -среднюю температуру жидкости , определить:

а) число Нуссельта             Nu _{ж d} = · d / l _ж;

б) число Рейнольдса          ,

где l _ж - коэффициент теплопроводности, Вт/м·К, и n _ж -коэффициент кинематической вязкости, м²/с. Теплофизические свойства теплоносителя для каждого опыта находятся по приложениям (табл. П.2, П.5) в зависимости от определяющей температуры  (см. табл. 3). Результаты расчетов сводятся в табл. 5.

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

lgNu _{ж d} = f ( lgRe _{ж d} )

для среднего (по длине трубы) значения числа Нуссельта Nu _{ж d} от числа Рейнольдса Re _{ж d}. На зависимость наносятся соответствующие экспериментальные точки.

Таблица 5

№ п/п	D Н, Па	, Вт/м2·К	Nuжd	Reжd	n	C	D Ру, Па	D P тр , Па	z	zб
1	200
2	400
3	800
4	1600

 

7. По результатам обработки опытных данных определить постоянные C и n в уравнении подобия. При турбулентном режиме движения воздуха в трубе уравнение подобия имеет вид

Nu _{ж d} =C·(Re _{ж d} )ⁿ.

В логарифмических координатах эта зависимость представляет собой прямую lgNu _{ж d} = lg С+ n · lg Re _{ж d} с угловым коэффициентом, равным показателю степени n = tg γ, где γ - угол наклона прямой к оси абсцисс lg Re _{ж d} , 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} /( Re _{ж d} ) ⁿ по любой точке аппроксимирующей прямой.

8. Полученную экспериментальную зависимость Nu _{ж d} = C ·( Re _{ж d} ) ⁿ сопоставить с теоретической при турбулентном режиме движения теплоносителя в пограничном гидродинамическом слое (формула (4.4)).

9. Для каждого режима определить коэффициент гидравлического сопротивления по данным опыта /1, 4/

,

где D P _тр =( D Р- D Р_у) - падение давления за счет трения, Па;

D Р - измеренная разность статических давлений на участке трубы длиной L = 0,725 м (см. табл. 2), а D Р_у - потеря давления на ускорение потока газа, обусловленная его нагреванием /1, 4/

 Па.

10. Сопоставить коэффициент гидравлического сопротивления, полученный в опыте с рассчитанным по эмпирической формуле Блаузиуса /1,4/

z_б = 0,3164/(Re_жd)^0,25.

    Результаты расчетов записываются в табл. 5.

 

Контрольные вопросы

1. Какой вид теплообмена называется конвективным? Чем различаются теплообмен при вынужденной и свободной конвекции? Уравнение Ньютона-Рихмана. Коэффициент теплоотдачи, его физический смысл. Факторы, влияющие на его величину.

2. Как изменяется локальный коэффициент теплоотдачи по длине трубы a _i при вынужденном движении теплоносителя внутри трубы? По полученным локальным значениям коэффициента теплоотдачи a _i определите основной участок трубы (участок стабилизированного течения), где a _i перестает зависеть от условий входа в трубу.

3. Какой вид имеет уравнение подобия при вынужденном турбулентном движении теплоносителя внутри трубы? Что характеризуют числа подобия, входящие в это уравнение?

4. Какой вид имеют уравнения подобия при вынужденном ламинарном движении теплоносителя внутри трубы? Что характеризуют числа подобия, входящие в это уравнение?

5. Что такое гидродинамический пограничный слой? Чем он отличается от теплового пограничного слоя?

6. Как определяется коэффициент теплоотдачи при движении теплоносителя в каналах некруглого сечения, шероховатых и изогнутых каналах.

Лабораторная работа № 5

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: