ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.07.2020
Просмотров: 471
Скачиваний: 4
1 – металева труба; 2 - термоізоляція; 3 - нагрівач; 4 - автотрансформатор; 5 - тепломір;
6, 7, 8 - термометри опору; 9 - перемикач; 10 - логометр; 11 - мілівольтметр; 12 - вимикач;
13 - ваттметр; 14 - термопари.
Рисунок 6.1 - Схема досвідченої установки
6.3 Вимоги до звіту
Звіт повинний містити:
1. Титульний лист по установленій формі.
2. Назва і ціль роботи.
3. Стислу теоретичну частину.
4. Схему досвідченої установки і стислий її опис.
5. Основні розрахункові формули, результати вимірів і розрахункових даних ( зведену таблицю ).
6. Висновки про роботу.
Контрольні питання
1. Що називається температурним полемо ? Напишіть рівняння.
2. Напишіть рівняння стаціонарного і нестаціонарного темпера-турного поля для трьох-, двох- і одномірної задачі.
3. Дайте характеристику процесу переносу теплоти теплопро-відністю.
4. Що називається градіентом температури ?
5. Напишіть рівняння Фур'є і дайте пояснення до них.
6. Що називається коефіцієнтом теплопровідності (фізичний зміст, розмірність) ?
7. Від яких факторів і як залежить коефіцієнт теплопровідності чистих металів, ізоляційних і будівельних матеріалів, рідин і газів?
8. Які приблизно чисельні значення коефіцієнтів тепло-провідності металів, ізоляційних і будівельних матеріалів, рідин і газів?
9. По якому законі змінюються температури в одношаровій плоскій і циліндричній стінках?
10. Як визначається тепловий потік через одношарову і багато-шарову плоску стінку і від яких розмірів він залежить ?
11. Як визначається тепловий потік через одно- і багатошарову циліндричну стінку і від яких розмірів вона залежить?
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 7
ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ТЕПЛОВІДДАЧІ ПРИ ВІЛЬНОМУ руху теплоносія
Ціль роботи - експериментальне вивчення процесу тепловіддачі від циліндричної поверхні до вільного потоку повітря; визначення розміру коефіцієнта тепловіддачі в залежності від геометричного розміру, температури стінки циліндричної трубки.
7.1 Загальні вказівки
Для виконання даної роботи необхідно проробити поділ «Конвективний теплообмін» по роботах [4,5] і знати його основні положення. Розрізняють два види прямування теплоносія - змушене і вільне. При вільному прямуванні теплоносія, як правило має місце ламінарний, а при змушеному прямуванні - турбулентний режим прямування. Інтенсивність конвективного теплообміну визначається режимом (характером) прямування рідини (газу). Вільне прямування рідин (газів) виникає внаслідок різниці щільностей нагрітих і холодних обсягів середовища. Прямування є вільним, якщо воно виникає внаслідок різниці щільностей у рідкому і газоподібному тілах. Вільне прямування, що виникнуло в нерівномірно нагрітому середовищі через розходження температур окремих прошарків рідини або газу, супроводжується теплообміном, тобто вільною конвекцією. Характер прямування при вільній конвекції цілком визначається наявністю різниці температур.
По своєму фізичному характері конвективний теплообмін є дуже складним процесом і залежить від великого числа чинників, що визначають процес тепловіддачі. Інтенсивність теплообміну між рідиною (газом) і поверхнею нагрівання характеризується коефіцієнтом тепловіддачі. У загальному випадку коефіцієнт тепловіддачі є функцією швидкості фізичних параметрів середовища, характеру прямування, геометричної форми, розмірів і стана поверхні стінки, температур середовища і стінки, тобто температурного напору і т.д. Розмір коефіцієнта тепловіддачі чисельно дорівнює кількості тепла, що віддає або сприймає одиниця поверхні стінки (1м2) за одиницю часу (1 с) і при різниці температур між стінкою і середовищем у 1 градус (1К). У загальному випадку необхідно враховувати також тепло, передане випромінюванням.
У стаціонарному процесі тепловіддача від стінки до великого (практично необмеженому) обсягу газу можна вважати, що на деякій відстані від стінки газ нерухомий, а його температура постійна і дорівнює t порівн. Якщо температура поверхні стінки t ст> t порівн., то щільність газу поблизу стінки буде менше, чим удалині від неї, і виникає тепловіддача вільною конвекцією. Внаслідок того, що кількість тепла, передана вільною конвекцією, невелика, а температура стінки значно вище температури навколишнього середовища, необхідно врахувати тепло, передане випромінюванням.
У дійсній роботі вивчається тепловіддача від металевих труб різного діаметра до повітря при різноманітних температурних напорах (різниці температур стінки і повітря).
7.2 Методика проведення експерименту
Дослідження тепловіддачі проведіть на досвідченій установці, схема якої наведена на рисунку 7.1.
Лабораторна установка складається з трьох металевих трубок 1 однакової довжини, але різного діаметра. Усередині труби встановлені електричні нагрівачі 2, що служать джерелом тепла. Режим теплообміну регулюйте шляхом зміни потужності електричних нагрівачів реостатом 3. Вимір температури зовнішньої поверхні труб робите в трьох місцях термопарами 4, сполученими через багатокрапковий перемикач 5 із вимірювальним приладом 6. Холодні спаї термопар приміщені в термостат 7. Температуру в термостаті й навколишньому повітрі виміряйте ртутним термометром 8. Потужність, споживану нагрівачами, визначите по показанню ватметра 9.
Опити проведіть в такій послідовності:
1. Перед початком експерименту вивчите схему досвідченої установки, після одержання допуску до роботи приступайте до експериментів.
2. Включите нагрівачі в електричну мережу і установите відповідний режим нагрівання їх (150 - 200 Вт).
3. В процесі виконання роботи необхідно стежити за тим, щоб повітря біля досліджуваної трубки було у спокійному стані.
4. Після встановлення постійних температур стінки, тобто з настанням стаціонарного режиму, зробіть усі необхідні виміри (ЕДС термопар трубок, потужності нагрівачів, температур навколишнього середовища і холодних спаїв термопар).Досвідчені дані занесіть у таблицю 7.1.
1 – металеві трубки різного діаметра; 2 - електричні нагрівачі; 3 - реостат; 4 - термопари; 5 - багатокрапковий перемикач; 6 - вимірювальний прилад; 7 - термостат; 8 - ртутний термометр; 9 - ватметр
Рисунок 7.1 - Схема опитної установки
7. 3 Методика опрацювання опитних даних
Кількості тепла, що виділяється нагрівачем і минуще через бічну поверхню трубки, треба приймати рівним потужності нагрівача. При цьому теплом, переданим з торцевих поверхонь у навколишнє середовище, зневажити, тому що діаметр трубок набагато менше її довжини.
Сумарний коефіцієнт тепловіддачі (конвекцією і випромінюванням) визначите з рівняння Ньютона - Ріхмана:
,
(7.1)
де Q - потужність теплового потоку, Вт;
Н - бічна поверхня трубки, м2;
tсm - середня температура стінки труби, оС;
tср - температура навколишнього повітря, оС.
Температуру поверхні трубки знайдіть як середнє арифметичне з трьох температур, обмірюваних у різноманітних точках трубки. Для визначення коефіцієнта тепловіддачі конвекцією попередньо обчислите коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням по формулі
,
(7.2)
де Со - коефіцієнт променювання абсолютно чорного тіла;
Со = 5,67 Вт / (м2. К4);
ε - степінь чорнуватості поверхні трубки, прийміть ε = 0,37, якщо не буде іншої указівки викладача.
Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією визначите як різницю між сумарним коефіцієнтом тепловіддачі і коефіцієнтом тепловіддачі випромінюванням по рівнянню
α к = α – αв. (7.3)
Температуру стінки обчислите по формулі
tсm = а Е + tхс, (7.4)
де а - тарувальний коефіцієнт термопари; а = 23,5 К / (м·В);
Е - ЕДС термопари;
tхс - температура холодного спаю термопари, оС, tхс = tср.
7. 4 Вимоги до звіту
Звіт повинний містити:
1. Титульний лист по установленій формі.
2. Назва і ціль роботи.
3. Основні теоретичні положення.
4. Розрахункові формули, результати вимірів і розрахункових даних ( у виді таблиці ).
5. Схему опитної установки і стислий її опис.
6. Висновки про роботу.
Контрольні питання
1. Дайте стислу характеристику конвективного теплообміну.
2. Особливості теплообміну при змушеному і вільному прямуванні теплоносія.
3. У чому фізичний зміст коефіцієнта тепловіддачі ? Від яких чинників залежить його розмір ?
4. Напишіть основне рівняння конвективного теплообміну.
5. Напишіть формулу для визначення коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 8
ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ВИПРОМІНЮВАННЯ та СТУПЕНЯ ЧОРНУВАТОСТІ ТВЕРДОГО ТІЛА
Ціль - ознайомлення з одним з експериментальних методів визначення коефіцієнта випромінювання й ступеня чорнуватості твердого тіла (калориметричним засобом).
8.1 Загальні вказівки
Для виконання даної роботи необхідно проробити поділ «Променистий теплообмін» по роботах [4,5] і знати його положення.
Енергія випромінювання виникає за рахунок енергії інших видів у результаті складних молекулярних і внутрішньоатомних процесів. Природа всіх променів та сама - це електромагнітні хвилі, що поширюються зі швидкістю світла ( в абсолютному вакуумі 300000 км/с). Джерелом теплового випромінювання є внутрішня енергія нагрітого тіла. Кількість енергії випромінювання в основному залежить від фізичних властивостей і температури тіла. Для теплопередачі найбільший інтерес подають промені з довжиною хвилі λ = 0,8- 40 мкм.