(3)

где, n- количество измерений в сечении трубы,

t_wi, °С - значение измеряемых температур по контуру поперечного сечения трубы.

Теплота, выделенная на экспериментальном участке в результате пропускания по нему электрического тока, определяется:

, (4)

где,U, В - напряжение, подаваемое на экспериментальный участок,

R, Ом - электрическое сопротивление трубы.

, (5)

где,L = 0,4 м - длина трубы,

ρ - удельное электросопротивление материала трубы,

F, м² - площадь поперечного кольцевого сечения трубы.

(6)

где,d = 50,8 мм - наружный диаметр трубы,

d₀ = 48,8 мм - внутренний диаметр трубы.
Удельное электросопротивление материала трубы, для нержавеющей стали, определяется в зависимости от температуры:

, (7)

Теплота, отдаваемая поверхностью трубы в окружающее пространство посредством излучения, определяется согласно закону Стефана - Больцмана:

(8)

где,T_w, K - средняя по контуру поперечного сечения температура поверхности трубы,

T_f, К - температура окружающей среды,

F₆ = 0,064 м² - площадь боковой поверхности цилиндра,

ε= 0,5 - степень черноты.
Плотность теплового потока на поверхности трубыq_w, обусловленная теплообменом посредством естественной конвекции, определяется постановкой уравнения (4), (8) в выражение (2).

Среднее (по контуру поперечного сечения трубы) значение коэффициента теплоотдачи для каждого температурного режима определяется по формуле Ньютона

---

(1).
Критерии подобияопределяются

,

,

,

где в качестве определяемой температуры используется температура среды 7); критерий Прандтля для воздуха можно принятьPr_f = 0,7;

g = 9,81 ^м/_с2 - ускорение свободного падения;

- коэффициент объемного расширения ;

ρ_f - плотность воздуха, определяемая из уравнения состояния:



Р₀- давление окружающей среды в паскалях,

R = 287 Дж/(кг·К) - газовая постоянная воздуха;

- соответственно теплопроводность и динамическая вязкость воздуха, определяемые в зависимости от температуры среды согласно эмпирическим зависимостям:



Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.

Таблица 2.

№ режима	Q,Вт	Qw, Вт	Qw, Вт/м2	Тw,,К	α, Вт/(м2·К)	Nuf	(GrPr)f	lgNuf	lg(GrPr)f

По найденным значениям критериев строится график, в котором по оси ординат откладываетсяlgNu_f

---

, а по оси абцисс -lg(Gr_fPr_f). В указанных координатах опытные данные описываются прямолинейной зависимостью:

(9)

Значение n характеризует угловой коэффициент, полученной прямой



Уравнение (9) позволяет найти постоянную С по построенному графику. Следовательно, на основании опытных данных получается расчетное уравнение для теплоотдачи:

где, Сиn- известные уже величины.



lgNu_f2

lgNu_fl

lgC

---

Лабораторная работа №3

Исследование теплопроводности при естественной конвекции воздуха около вертикального цилиндра ММТП 004

Цель работы: Экспериментально определить локальный коэффициент теплоотдачи вдоль вертикальной поверхности, обобщить результаты в виде критериальных зависимостей с последующим сопоставлением с расчетными формулами.

Краткие теоретические сведения:

Конвективный теплообмен - процесс переноса теплоты при перемещении макрочастиц жидкости или газа относительно поверхности твердого тела. Различается конвективный теплообмен при вынужденной и свободной конвекции. Вынужденная конвекция осуществляется при перемещении объемов жидкости или газа под действием сил давления, которое обеспечивается принудительно посредством компрессора или набегающего потока. Свободная конвекция осуществляется в поле внешних массовых сил различной природы: гравитационных и электромагнитных, центробежных и т.д. В случае свободной конвекции в поле гравитационных сил движение среды у твердой поверхности происходит за счет разности плотностей различных частей среды, обусловленной разностью температур. Если в среду газа или жидкости ввести тело с отличной от среды температурой, то происходит нарушение равновесного состояния среды. Возникающая температурная неравномерность обусловливает неоднородность плотности среды около тела, что приводит под действием гравитации к возникновению подъемных сил и свободной конвекции среды у поверхности тела.

Тепловой поток при конвективном теплообмене определяется законом Ньютона (1):

, (1)

где, Вт/м² - плотность теплового потока, равная количеству теплоты, отдаваемой с единицы поверхности за единицу времени;

T_w,K- температура поверхности

T_f, К- температура среды вне пограничного слоя

Коэффициент теплоотдачи α представляет собой количество теплоты, передаваемое через единицу площади изотермической поверхности теплообмена в единицу времени при разности температур стенки и газа, равной одному кельвину.

---

Коэффициент теплоотдачи α является функцией многих переменных: режима течения среды, скорости течения, физических характеристик среды и т.д. Определение коэффициента теплоотдачи производится теоретическими или экспериментальными методами с использованием теории подобия.

Для расчета местных коэффициентов теплоотдачи при свободной ламинарной конвекции вдоль вертикальной поверхности в неограниченном пространстве используют зависимость (2):

, (2)

В данном уравнении определяющей является температура среды 7) за пределами пограничного слоя, число ПрандтляPr_w определяется по местной температуре стенкиT_w.

Определяющий размер х отсчитывается от места начала теплообмена вдоль вертикальной поверхности (рис.1).



Рис. 1 Зависимость коэффициента теплоотдачи вдоль вертикальной стенки и картина течения в пограничном слое при свободной конвекции в неограниченном пространстве.

При турбулентном режиме течения в пограничном слое вдоль вертикальной поверхности при свободной конвекции используют зависимость (3):

, (3)

где за определяющие температуру и координату выбраны также температура среды за пределами пограничного слоя их - координата вдоль вертикальной поверхности.

Так как:

,



то следует, что коэффициент теплоотдачи не зависит от координаты при развитом турбулентном течении в пограничном слое. Развитое турбулентное течение наступает при числахGr_fx· Pr_f> 6 • 10¹⁰. Ламинарное течение может сохраняться доGr_fx· Pr_f= 10⁹.

На рис.1 показана зависимость изменения коэффициента теплоотдачи а при свободном движении вдоль вертикальной стенки и характер изменения течения вдоль стенки. Сначала имеет место ламинарный режим течения в пограничном слое, толщина пограничного слоя растет, а коэффициент теплоотдачи уменьшается пропорционально

---

Смотрите также файлы

• Патологическая анатомия лепры.docx

• Учебнометодическое пособие по выполнению учебной практики для студентов очной и заочной форм обучения по направлению подготовки 44. 03. 01 Педагогическое образование. Начальное образование.pdf

• Определим матрицу коэффициентов полных затрат b1 с помощью формул обращения невырожденных матриц.docx

• Тапсырма. Тмендегі сызбансаны толтыру анны клемі жне рамы.docx

• Реферат субъективные и объективные показатели самоконтроля.doc