4. Расчетные формулы и расчеты.

1. Атмосферное давление (Р_атм, бар) находится с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по формуле: , где В – показание барометра, мбар; t_окр – температура окружающей среды, равная температуре воздуха при входе в воздухомер, °С.
2. Перепад давления воздуха (ΔР, Па) в воздухомере: , где g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/сек²; H – показание вакуумметра (горло воздухомера), мм вод.ст.
3. Плотность (ρ_в, кг/м³) воздуха по состоянию в «горле» воздухомера ,

где R – характеристическая газовая постоянная воздуха, равная 287 Дж/кг·К.
4. Расход воздуха: , кг/сек.
5. Плотность воздуха (ρ₁, кг/м³) по состоянию на входе в горизонтальную трубу: ,

где t₁ – температура воздуха при входе в трубу (сечение I-I), °С, H_н - показание пьезометра (после компрессора), в мм вод.ст.
6. Плотность воздуха (ρ₂, кг/м³) по состоянию на выходе из горизонтальной трубы: ,

где t₂ –температура воздуха на выходе из трубы (сечение II-II),°С.
7. Средняя скорость потока (W_j, м/сек) в сечениях I-I и II-II определяется по общему уравнению: ,

где F – площадь проходного сечения для потока воздуха, одинаковая для сечений I-I и II-II и равная 1,35·10^-3, м²; ρ_j – плотность воздуха в рассматриваемом сечении, кг/м³; j − индекс рассматриваемого сечения (I-I или II-II).
8. Мощность теплового потока, переданного вынужденной конвекцией, от внутренней поверхности трубы находится с учетом (4) по формуле:

, Вт,

где c_р – теплоемкость воздуха при постоянном давлении, которая может быть принята не зависящей от температуры и равной 1006, Дж/(кг·°С); t_1­ и t­₂ – температура воздуха в рассматриваемом сечении, (I или II) °С.

---

9. Тогда с учетом формулы (3) мощность теплового потока, переданного естественной конвекцией от наружной поверхности трубы: , Вт,

где I_н – сила тока, потребляемая на нагрев трубы, а; U_н – напряжение, подаваемое на нагрев трубы, в.

10. Опытные значения коэффициентов теплоотдачи получаем по формулам (1) и (2), где F_вн – внутренняя поверхность трубы, равная 0,408, м²; F_нар – наружная поверхность трубы, равная 0,447, м²; средний температурный напор при вынужденной конвекции Δt₁ = t_x – 0,5·(t₁ + t₂), °C; средний температурный напор при естественной конвекции Δt₂ = t_x – t_окр, °C.

(Тепловые потоки и перепады температур при вычислении опытных значений коэффициентов теплопередачи принимаются без учета направления потоков тепла, т.е. по абсолютной величине).

11. Расчетные значения коэффициента теплообмена для вынужденной конвекции находим с учетом (3) или (4) по формуле: , Вт/(м²·град). (6)

При вычислении критериев подобия по уравнениям (3) или (4) и коэффициента теплоотдачи по формуле (6) все теплофизические свойства воздуха (приложение 1) находятся по определяющей температуре − средней температуре потока в трубе равной t_опр1 = 0,5·(t₁ + t₂); определяющим размером в формулах является внутренний диаметр трубы d_вн = 0,0415, м.

12. Расчетные значения коэффициента теплообмена для свободной конвекции находим с учетом (5) по формуле: , Вт/(м²·град). (7)

При вычислении критериев подобия по уравнению (5) и коэффициента теплоотдачи по формуле (7) все теплофизические свойства воздуха (приложение 1) находятся по определяющей температуре − средней температуре потока, окружающего трубу равной t_опр2 = 0,5·(t_х + t_окр); определяющим размером в формулах является наружный диаметр трубы d_нар = 0,0455, м.

16. В приложении приведены интерполяционные формулы для расчета теплофизических свойств сухого воздуха в зависимости от температуры:

---

• 
  теплопроводность
  

λ_t = 0,000074·t_опр + 0,0245, Вт/(м·°С);

• 
  кинематическая вязкость
  

ν_t = (0,000089· t_опр ² + 0,088· t_опр + 13.,886)·10^-6, м²/c;

• 
  критерий Прандтля Pr
  

Pr = 0,00000051· t_опр ² - 0,0002493· t_опр + 0,7086.

Результаты расчетов должны быть продублированы в форме сводной таблицы 2.

Протокол результатов

Таблица 2.

№ п/п	Измеряемая величина	Обозна- чение	Номера опытов
			1	2	3	4	5	6
1	Атмосферное давление, бар	Ратм
2	Перепад давления воздуха в воздухомере, Па	ΔР
3	Плотность воздуха по состоянию в горле воздухомера, кг/м3	ρв
4	Расход воздуха, кг/с	G
5	Плотность воздуха в сечении I – I, кг/м3	ρ1
6	Средняя скорость потока воздуха в сечении I – I, м/с	W1
7	Плотность воздуха при выходе из трубы (сечение II - II), кг/м3	ρ2
8	Средняя скорость потока при выходе из трубы (сечение II - II), м/с	W2
9	Теплота, передаваемая потоку воздуха в трубе, Вт	Q1
10	Теплота, передаваемая окружающему трубу воздуху, Вт	Q2
11	Средний температурный напор в условиях внутреннего теплообмена, °С	Δt1
12	Средний температурный напор в условиях внешнего теплообмена, °С	Δt2
13	Средний температурный напор в условиях внутреннего теплообмена, °С	Δt1
14	Средний температурный напор в условиях внешнего теплообмена, °С	Δt2
15	Критерий Рейнольдса	Re1
16	Критерий Прандтля в условиях вынужденной конвекции	Pr1
17	Критерий Нуссельта в условиях вынужденной конвекции	Nu1
18	Критерий Грасгофа	Gr2
19	Критерий Прандтля в условиях естественной конвекции	Pr2
20	Критерий Нуссельта в условиях естественной конвекции	Nu2
21	Расчетный коэффициент теплоотдачи при вынужденной конвекции, Вт/(м2·°С)	α1 оп
22	Опытный коэффициент теплоотдачи при вынужденной конвекции, Вт/(м2·°С)	α1 расч
23	Расчетный коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции, Вт/(м2·°С)	α2 оп
24	Опытный коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции, Вт/(м2·°С)	α2 расч

---

5. Контрольные вопросы.

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

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

3. Какими методами измеряется температура в данной работе?

4. Как измеряется и регулируется расход воздуха в данной работе?

5.По каким признакам можно судить о стационарном режиме теплообмена с окружающей средой?

6. Как осуществляется выбор контрольной оболочки рассматриваемой термодинамической системы?

7.Дайте формулировку и математическое выражение уравнения первого закона термодинамики, используемого для решения задачи данного опыта.

8. Укажите способы определения величин, входящих в уравнение 1-го закона термодинамики, используемого для решения задачи данного опыта, с полным обоснованием используемых расчетных формул.

9. Какие существуют методы и приборы для измерения температуры, давления и расхода?

10. Как определяется плотность воздуха в условиях лабораторной установки?

11. Какие виды конвекции существуют, в чем их различие?

12. В чем сущность "Теории подобия" и как с ее помощью определяются коэффициенты теплоотдачи?

13. Как составляются критериальные уравнения?

14. Составьте в общем виде критериальные уравнения для вынужденной и свободной (естественной) конвекции.

15. Каков физический смысл критериев подобия, входящих в уравнение для свободной конвекции?

16. Каков физический смысл критериев подобия, входящих в уравнение для вынужденной конвекции?

17. Что такое "определяемый" и "определяющий" критерий?

18. Как выбирается определяющий (характерный) размер и определяющая температура при расчете критериев подобия?

---

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