Лабораторная работа №4

Исследование теплопередачи при вынужденном движении воздуха в трубе ММТП 005

Цель работы: экспериментально определить локальные и средние по длине трубы значения коэффициента теплоотдачи при вынужденном движении воздуха в трубе при разных скоростях движения и сопоставить результаты опытов с известными критериальными зависимостями.

Краткие теоретические сведения:

Рабочие процессы в различных теплообменных устройствах, как правило, основаны на конвективном теплообмене между твердой поверхностью тела и омывающей его жидкостью или газа, а его интенсивность зависит в первую очередь от разности температур газа и поверхности (температурного напора), а также определяется динамическими условиями обтекания поверхности и теплофизическими свойствами газа.

Для расчета теплового потока обычно используют формулу Ньютона, согласно которой плотность теплового потокаq_w пропорциональна температурному напору:



где, q_w, Вт/_M² - плотность теплового потока, равная количеству теплоты, отдаваемой с единицы поверхности за единицу времени,

T_W, K- температура поверхности,

Т_f, К- температура среды вне пограничного слоя.

Для конвективного теплообмена в каналах основными критериями подобия являются:

1. 
   Критерий Нуссельта:
   

характеризующий отношение между потоком теплоты от жидкости к поверхности тела (теплоотдачей) и потоком теплоты теплопроводностью в жидкости у стенки.

где, λ - коэффициент теплопроводности жидкости,

l - характерный размер.

2. 
   Критерий Рейнольдса:
   

характеризующий отношение между инерционной силой и силой внутреннего трения в жидкости (вязкости).

---

где, w - среднемассовая продольная скорость газа (в нашем случае воздуха),

l - характерный размер (для круглых труб l = d),

ϑ - кинематическая вязкость воздуха.

Критерий Прандтля:



характеризующий совокупное отношение между силами инерции и вязкости и потоками теплоты - конвективным и вынужденным. Для газов критерий Рг определяется только атомностью и его значение близко к единице. Входящая в выражение величина а является температуропроводностью среды.

Критерий Пекле:



характеризующий отношение между потоком теплоты, переносимым движущимся газом (конвективным), и потоком теплоты теплопроводностью при одинаковом температурном напоре.

Критерий Грасгофа:



характеризующий отношение между подъемной силой в воздухе, возникающей вследствие разности плотностей, и силой вязкости.

где, β - коэффициент объемного расширения воздуха,

ΔT - разность температур воздуха и стенки.

В случае вынужденной конвекции при течении жидкости в трубах и каналах анализ методами теории подобия приводит в общем случае к функциональной связи:



где l/d - отношение длины трубы к ее диаметру, учитывающее изменение теплоотдачи по длине трубы на начальном участке.

Описание экспериментальной установки:

Лабораторная установка представляет собой цилиндрическую трубу длиной 1 м, наружный диаметр 8,5 мм, толщина стенки 1,5 мм. В трубу вмонтированы термопары (на различном расстоянии, см. табл. 1), датчики давления. Значения температур и давлений показывают цифровые вольтметры DP-6. Выбор термопар осуществляется переключателем S1. Труба нагревается при помощи электрического тока. Поток воздуха создается вентилятором.

---

Табл.1

Координаты термопар на трубке x_i и длина участков l_i

№ участка										0
№ термопары									0	1
xi	5	5	5	55	50	70	90	10	95	15
Li	5	0	5	2,5	07,5	20	20	02,5	2,5	5

Порядок проведения эксперимента:

По указанию преподавателя включить питание стенда. Установить ручку галетного переключателя «Выбор установки» в положение «ММТП 005». 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». Снять показания датчика перепада давления на трубе Δр, Па и датчика давления потока воздуха ΔH, Па.

Повторить опыт, изменяя напряжение на нагревателе.

Полученные данные внести в табл. 2.
Табл. 2.

---

№ режима

Напряжение нагрева, U,В

ΔH, Па

Δp, Па

Температура, ti ,°С

t1

t2

t2

t4

t5

t6

t7

t8

t9

t10

t11

t12

Обработка результатов измерений:

Определяется тепловой потокQ:



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

R= 0,0344 Ом - электрическое сопротивление рабочего участка.

Подсчитывается массовый расход воздуха G:



где, - плотность воздуха на выходе (t_f^"= t

---

₁₂),

В = 133 Па - барометрическое давление,

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

μ = 0,63 - коэффициент, полученный тарировкой,

d= 8,5 · 10^-3 м - внутренний диаметр трубки.
Определяется средняя температура воздуха



Рассчитывается средняя плотность воздуха



Определяется число Рейнольдса и средняя скорость на участке нагрева:





где, - кинематическая вязкость при температуреt_cp (см. прил. 1). Вычисляются значения температурного напора At_£ в сечениях трубки с координатами x_i(см. табл. 1):



Определяются локальные значения коэффициента теплоотдачи α_i.



где, Q_И= 0,18(t_w– t₁) - потери тепла с наружной поверхности трубки,

t_w- средняя температура стенки:



l = 720 мм - длина обогреваемой части трубки.

По полученным значениям α_i строится график α = f(x) и определяется коэффициент теплоотдачи α_осн на основном участке.

Определяются среднее значение а и критерий Нуссельта по опытным даннымNu_f:



ЗначенияL_i

---

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