---

5. Контрольные вопросы.

1. Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как она достигается?

2. Назовите основные узлы экспериментальной установки и укажите их назначение.

3. Как определяется средняя температура струны в данной установке?

4. Для чего замеряется барометрическое давление в данной работе?

5. Как определяется количество теплоты, отданное струной окружающему воздуху посредством конвекции?

6. Как определяется количество теплоты, отданное струной окружающему воздуху посредством излучения?

7. Что такое свободная и вынужденная конвекция?

8. . Каков физический смысл и размерность коэффициента теплоотдачи?

9. Какие факторы определяют интенсивность конвективного теплообмена?

10. . Что такое критерий подобия?

11. Что такое «определяющая температура» и «определяющий» размер?

12. Какие критерии называются «определяющими» и «определяемыми»?

13. Для чего и как составляются критериальные уравнения?

14. Как определяется коэффициент теплоотдачи α из критериального уравнения?

15.Что характеризуют критерии Nu , Gr , Рr?


Работа №6
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА НА
ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ТРУБОПРОВОДЕ
1. Цель работы. Изучение процессов теплообмена при свободной и вынужденной конвекции на горизонтальном трубопроводе:

• 
  э кспериментальное определение коэффициентов теплоотдачи;
  
• 
  сравнение опытных значений с вычисленными по критериальным уравнениям.
  

2. Основные положения. При известном значении мощности теплового потока Q, поверхности теплообмена F и разности температур ∆t между средой и стенкой становится возможным определение коэффициента теплоотдачи α из уравнения Ньютона-Рихмана: .

В условиях, когда по горизонтально расположенному трубопроводу движется воздух под напором, а с внешней стороны трубопровода существует контакт с окружающим воздухом, внутри трубопровода теплообмен определяется условиями вынужденной конвекции, а с внешней стороны - естественной конвекции. Обозначим мощность теплового потока при вынужденной конвекции Q

---

₁, а при естественной конвекции – Q₂. и, соответственно, коэффициенты теплоотдачи α₁ и α₂.

Введем также обозначения:

• 
  F_вн - внутренняя поверхность трубопровода, которая участвует в теплообмене при вынужденной конвекции;
  
• 
  F_нар – внешняя поверхность трубопровода, обменивающаяся теплом с окружающей средой в процессе естественной конвекции;
  
• 
  Δt₁ - температурный напор со стороны внутренней поверхности;
  
• 
  Δt₂ - температурный напор со стороны наружной поверхности трубопровода.
  

Таким образом, в опыте должны быть определены Q₁ и Q₂, Δt₁ и Δt₂, а также заданы F_вн и F_нар. В таком случае из опыта становится возможным определение α_1оп и α_2оп, которые затем могут быть сравнены со значениями α_1расч и α_2расч, полученными из соответствующих характеру теплообмена критериальных уравнений. Электрический ток при прохождении по трубе совершает работу, которая полностью переходит в тепло Q_э. В таком случае уравнение первого закона термодинамики, как частный случай закона сохранения энергии, приобретает вид: , где Q₁ - мощность теплового потока, переданная воздуху, движущемуся внутри трубы; Q₂ - мощность теплового потока, переданная воздуху, окружающему трубу; Q₃ - мощность теплового потока, затраченная на нагрев (охлаждение) трубы.

Тепловой поток Q₃ имеет место только при нестационарном режиме работы установки, а при достижении стационарного режима, когда температура трубы t_x = const, Q₃ = 0 и уравнение упрощается: .

Мощность теплового потока Q₁, переданная воздуху, движущемуся внутри трубы, может быть определена по уравнению первого закона термодинамики для участка горизонтальной трубы:

.

При выполнении расчетов следует иметь ввиду, что изменение потенциальной энергии потока равна нулю и техническая работа, совершаемая потоком, также равна нулю.

Тогда:

---

(1) и (2).

Для расчета средних значений коэффициентов теплоотдачи при конвективном теплообмене в воздушной среде рекомендуются следующие формулы на основе критериальных уравнений.

Для расчета величин критериев Нуссельта конвективного теплообмена потока воздуха в трубах рекомендуются уравнения:

а) для ламинарного режима Re<2·10³

(3)

б) для развитого турбулентного режима Re>10⁴

, (4)

где − критерий Нуссельта при вынужденной конвекции; − критерий Рейнольдса; − критерий Прандтля при определяющей температуре потока воздуха в трубе.
Для горизонтальных труб при естественной конвекции в неограниченном пространстве в диапазоне изменения (Gr·Pr) от 10³ до 10⁸:

, (5)

где − критерий Нуссельта для свободной конвекции вокруг горизонтальной трубы; − критерий Грасгоффа; − критерий Прандтля при определяющей температуре потока окружающей среды вокруг горизонтальной трубы.
3
. Схема и описание установки. Воздух, являющийся в данном случае рабочим телом, забирается компрессором 1 из окружающей среды (рис. 1). Параметры воздуха в окружающей среде измеряются ртутным барометром 2 и термометром 3 , которые расположенны на панели 4 «Окружающая среда».
Далее поток воздуха через сечение 0−0 направляется в воздухомерное устройство 5 типа «труба Вентури». Количество проходящего воздуха регулируется заслонкой 6. По системе соединительных трубопроводов поток воздуха поступает во входное сечение 1−1 исследуемого участка горизонтальной металлической трубы

---

7. К потоку воздуха, проходящему через компрессор, на участке от сечения 0−0 до сечения 1−1 подводится работа сжатия и тепло за счет охлаждения электродвигателя компрессора, поэтому его температура повышается и измеряется четырьмя концентрически расположенными термопарами 8. Все четыре термопары включены по дифференциальной схеме, поэтому вторичный регистрирующий прибор 9 показывает среднюю температуру воздуха в сечении 1-1. Прибор имеет встроенное компенсационное устройство, исключающее необходимость иметь холодные спаи термопар. По такой же схеме термопарами 10 и при бором 11 измеряется температура воздуха в сечении 2-2 на выходе из трубы, а термопарами 12 и прибором 13 температура горизонтальной трубы. С помощью U-образных манометров, расположенных на панели 14 «Статические напоры», измеряются разрежение в «горле» воздухомера и давление в сечении на выходе из компрессора – на входе в горизонтальную трубу. Горизонтальный участок трубы нагревается за счет электрического тока, подводимого через трансформатор 15. Мощность теплового потока, затраченная на нагрев трубы, находится по показаниям амперметра 16 и вольтметра 17, которые расположены на панели 18 «Нагрев трубы».

При достижении стационарного режима показания всех необходимых приборов заносятся в протокол 19 и в таблицу наблюдений (табл. 1). О стационарности режима можно судить по показанию прибора для измерения температуры трубы.
Протокол наблюдений

Таблица 1

№ п/п	Измеряемая величина	Обозна чение	Номера опытов
			1	2	3	4	5	6
1	Температура воздуха при входе в трубу (сечение 1 - 1), °С	t1
2	Температура воздуха при выходе из трубы (сечение 2 - 2),°С	t2
3	Средняя температура трубы, °С	tx
4	Показания вакуумметра (горло воздухомера), мм вод ст	H
5	Показания пьезометра (после компрессора), мм вод ст	Hн
6	Напряжение, подаваемое на нагрев трубы, в	Uн
7	Сила тока, потребляемого на нагрев трубы, а	Iн
8	Показания барометра, мбар	B
9	Температура окружающей среды, °С	tокр

---

Смотрите также файлы

• Робототехника блімі бойынша тапсырмалар.docx

• Правовое регулирование социального обслуживания граждан.rtf

• Задача 2 (ук10, У2).doc

• Реферат дисциплина Газовые турбины Задание выдано 2023 г.docx

• Отчет по преддипломной практикЕ (вид практики) Преддипломная практика (тип практики) 7 семестр.docx