Файл: Лабораторная работа 1 3 Лабораторная работа 2 5 Лабораторная работа 3 10 Лабораторная работа 4 15 Лабораторная работа 5 20.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 144
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
x-0,25. Затем наступает переходный режим течения, где коэффициент теплоотдачи нестабилен по времени и в среднем увеличивается до значения, характерного для турбулентного течения. При турбулентном режиме течения коэффициент теплоотдачи не зависит от координаты х и остается постоянным.
Задачей экспериментального исследования процесса теплоотдачи при свободной конвекции является определение показателей степени п при произведенииGrf· Prf и константы С в критериальной зависимости:
Эксперименты проводятся в широком диапазоне изменения определяющих критериевGrf иPrf, строится график зависимости Nux= f(Grx·Pr) в логарифмических координатах.
Результаты обобщаются выражением:
где показатель степени определяется как тангенс угла наклона проведенной линейной зависимости:
При обработке и обобщении экспериментальных данных большое значение имеет определяющая температура, по которой определяются физические величины, входящие в критерии подобия. В общем случае за определяющую температуру можно принять температуру стенкиTw, температуру среды Tf и среднеарифметическую температуру Тср:
Описание экспериментальной установки:
Лабораторная установка состоит из исследуемого вертикального цилиндра, длиной 1,5 м; подсоединенного к нему десяти термопар, расстояние между которыми равно 150 мм; нагревателя. Температура нагрева регулируется плавным вращением ручки автотрансформатора «Регулятор напряжения». Значения температуры показывает вольтметр DP- 6, а также дублируются на монитор ПК. Выбор термопар осуществляется при помощи переключателя.
Порядок проведения эксперимента:
По указанию преподавателя включить питание стенда. Установить ручку галетного переключателя «Выбор установки» в положение «ММТП 004». После чего включится соответствующая экспериментальная установка, что просигнализирует горящий светодиод над установкой.
Установить напряжение на нагревателе, вращая ручку автотрансформатора «Регулятор напряжения». Через 10 минут после включения установки необходимо снять показания термопар, вращая ручку галетного переключателя S1 «Выбор термопар».
Повторить опыт, изменяя напряжение на нагревателе.
Полученные данные внести в таблицу 1.
Табл. 1.
Обработка результатов измерений:
Для определения локального коэффициента теплоотдачи а согласно закону Ньютона (1) необходимо рассчитать конвективный тепловой поток QK, поскольку все остальные величиныtwi, tf измерены.QKопределяется из баланса энергии:Qk=Q-QИ
, так как электрическая мощностьQ, затраченная на нагревание исследуемого цилиндра, отдается в окружающую среду как свободной конвекциейQK, так и излучением
Электрическая мощность, подводимая к цилиндру, рассчитывается по формуле:
'
где,U, В — напряжение, подаваемое на экспериментальный участок,
R=, Ом - омическое сопротивление трубы.
Излучаемый тепловой поток определяется по формуле:
где,Twi,K- средняя по контуру поперечного сечения температура поверхности трубы,
Tf, К- температура окружающей среды,
Fб = 0,19 м2 - площадь боковой поверхности трубы,
ε = 0,5 - степень черноты.
Местный коэффициент теплоотдачи определяется:
Находится значение определяющей температуры по формуле:
где,Twcp - среднее значение температуры стенки.
По найденному значению определяющей температуры выписываются из приложения 1 теплофизические параметры (λ, μ, Pr) и подсчитывается объемный коэффициент расширения β:
Критерии подобиявычисляютсяNumi, Grmi, Prm:
,
По найденным значениям критериев строится график, в котором по оси ординат откладываетсяlgNum, а по оси абсциссlg{Grm· Рrт) и аппроксимируются прямой линией, тангенс угла наклона которой определяет значение показателя n в критериальной зависимости:
Значение постоянной С определяется из выражения по любой точке аппроксимирующей прямой.
Аналогично определяются критерии подобия для определяющей температуры Tf.
Сопоставляются экспериментально полученные зависимости Nux= С · (Grx·Рrx)п с теоретическими для ламинарного и турбулентного режимов течения.
Ламинарный режим течения реализуется приGrfx·Prf< 109 и теоретическая зависимость имеет вид:
Nufx= 0,55 · (Grfx· Prf)1/4.
Турбулентный режим течения в пограничном слое реализуется при Grfx• Prf> 6 · 1010, в данном случае теоретическая зависимость имеет вид:
Nufx= 0,13 · (Grfx· Prf)1/3
В данной работе могут реализоваться сразу оба режима течения в зависимости от исследуемой газовой среды, ламинарный и турбулентный, и экспериментальные результаты аппроксимируются двумя прямыми с различным наклоном, и соответственно получаются два значения показателя степени п1 и п2 при (Grfx· Prf) и постоянной С1 и С2.
Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.
Табл. 2.
Задачей экспериментального исследования процесса теплоотдачи при свободной конвекции является определение показателей степени п при произведенииGrf· Prf и константы С в критериальной зависимости:
Эксперименты проводятся в широком диапазоне изменения определяющих критериевGrf иPrf, строится график зависимости Nux= f(Grx·Pr) в логарифмических координатах.
Результаты обобщаются выражением:
где показатель степени определяется как тангенс угла наклона проведенной линейной зависимости:
При обработке и обобщении экспериментальных данных большое значение имеет определяющая температура, по которой определяются физические величины, входящие в критерии подобия. В общем случае за определяющую температуру можно принять температуру стенкиTw, температуру среды Tf и среднеарифметическую температуру Тср:
Описание экспериментальной установки:
Лабораторная установка состоит из исследуемого вертикального цилиндра, длиной 1,5 м; подсоединенного к нему десяти термопар, расстояние между которыми равно 150 мм; нагревателя. Температура нагрева регулируется плавным вращением ручки автотрансформатора «Регулятор напряжения». Значения температуры показывает вольтметр DP- 6, а также дублируются на монитор ПК. Выбор термопар осуществляется при помощи переключателя.
Порядок проведения эксперимента:
По указанию преподавателя включить питание стенда. Установить ручку галетного переключателя «Выбор установки» в положение «ММТП 004». После чего включится соответствующая экспериментальная установка, что просигнализирует горящий светодиод над установкой.
Установить напряжение на нагревателе, вращая ручку автотрансформатора «Регулятор напряжения». Через 10 минут после включения установки необходимо снять показания термопар, вращая ручку галетного переключателя S1 «Выбор термопар».
Повторить опыт, изменяя напряжение на нагревателе.
Полученные данные внести в таблицу 1.
Табл. 1.
| № режима | Напряжение нагрева, В | Температура, °С | |||||||||
| tw1 | tw2 | tw2 | tw4 | tw5 | tw6 | tw7 | tw8 | tw9 | tw10 | ||
| | | | | | | | | | | | |
Обработка результатов измерений:
Для определения локального коэффициента теплоотдачи а согласно закону Ньютона (1) необходимо рассчитать конвективный тепловой поток QK, поскольку все остальные величиныtwi, tf измерены.QKопределяется из баланса энергии:Qk=Q-QИ
, так как электрическая мощностьQ, затраченная на нагревание исследуемого цилиндра, отдается в окружающую среду как свободной конвекциейQK, так и излучением
Электрическая мощность, подводимая к цилиндру, рассчитывается по формуле:
'где,U, В — напряжение, подаваемое на экспериментальный участок,
R=, Ом - омическое сопротивление трубы.
Излучаемый тепловой поток определяется по формуле:
где,Twi,K- средняя по контуру поперечного сечения температура поверхности трубы,
Tf, К- температура окружающей среды,
Fб = 0,19 м2 - площадь боковой поверхности трубы,
ε = 0,5 - степень черноты.
Местный коэффициент теплоотдачи определяется:
Находится значение определяющей температуры по формуле:
где,Twcp - среднее значение температуры стенки.
По найденному значению определяющей температуры выписываются из приложения 1 теплофизические параметры (λ, μ, Pr) и подсчитывается объемный коэффициент расширения β:
Критерии подобиявычисляютсяNumi, Grmi, Prm:
, По найденным значениям критериев строится график, в котором по оси ординат откладываетсяlgNum, а по оси абсциссlg{Grm· Рrт) и аппроксимируются прямой линией, тангенс угла наклона которой определяет значение показателя n в критериальной зависимости:
Значение постоянной С определяется из выражения по любой точке аппроксимирующей прямой.
Аналогично определяются критерии подобия для определяющей температуры Tf.
Сопоставляются экспериментально полученные зависимости Nux= С · (Grx·Рrx)п с теоретическими для ламинарного и турбулентного режимов течения.
Ламинарный режим течения реализуется приGrfx·Prf< 109 и теоретическая зависимость имеет вид:
Nufx= 0,55 · (Grfx· Prf)1/4.
Турбулентный режим течения в пограничном слое реализуется при Grfx• Prf> 6 · 1010, в данном случае теоретическая зависимость имеет вид:
Nufx= 0,13 · (Grfx· Prf)1/3
В данной работе могут реализоваться сразу оба режима течения в зависимости от исследуемой газовой среды, ламинарный и турбулентный, и экспериментальные результаты аппроксимируются двумя прямыми с различным наклоном, и соответственно получаются два значения показателя степени п1 и п2 при (Grfx· Prf) и постоянной С1 и С2.
Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.
Табл. 2.
| № режима | Q | QИ | QК | αi | Nui | Gri | Ламинарный режим | Турбулентный режим |
| п1,С1 | п2,С2 | |||||||
| | | | | | | | | |