МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ
федеральне державне бюджетне освітня установа вищої професійної освіти
«УЛЬЯНОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»
ІНСТИТУТ ДИСТАНЦІЙНОГО І ДОДАТКОВОГО ОСВІТИ
Лабораторна робота №2
з дисципліни «Тепломасообмін»
за темою «Дослідження тепловіддачі від нагрітої труби до повітря в умовах вільної конвекції»
Ульяновск
Мета роботи: поглиблення знань в області конвективного теплообміну, який можливий тільки в текучеё середовищі (рідини, газі). У процесі виконання лабораторної роботи досліджується окремий випадок конвективного теплообміну, званий тепловіддачею, коли обмінюються теплотою поверхню твердого тіла і текуча середу (повітря). Звідси і назва обумовленого коефіцієнта - коефіцієнт тепловіддачі.
Методика. При вирішенні практичних завдань конвективного теплообміну використовується рівняння Ньютона-Рихмана, яке для стаціонарного процесу записується у вигляді:
(Вт),
де - тепловий потік, що передається від поверхні тіла (труби) повітрю (Вт);
- коефіцієнт тепловіддачі (Вт/(м2 К));
- температура поверхні труби (К);
- температура рідини (повітря) (К);
- площа поверхні труби (м2).
Висловлюємо:
.
Як видно для визначення коефіцієнта тепловіддачі необхідно провести вимірювання:
кількості теплоти, переданої в одиницю часу (теплового потоку) (Вт). При стаціонарному (усталеному) тепловому режимі дорівнює потужності електронагрівача W (Вт).
температури теплоотдающей поверхні тіла (труби) (К), і омиваючої середовища (повітря) (К).
площі теплоотдающей поверхні (м2).
тепловіддача поверхню конвективний теплообмін
Протокол дослідних даних
? UТемпература поверхні труба, оСТемпература поверхні теплоізоляторів, оС tвград.В12345678910tср1112tuоС0 60 9018,8 17,9 16,862,3 66,1 68,462,3 66,1 68,462,3 66,1 68,463,8 65,1 67,863,8 65,1 68,364 , 2 66,1 67,864,2 65,0 66,163,9 65,0 67,863,9 65,0 67,363,9 64,2 66,263,5 65,4 67,719,1 19,9 25,319,8 19,1 19,919,45 19,50 22,6020 20 20
Розрахунки
1.Определяем потужність нагрівача W, яка при стаціонарному тепловому режимі дорівнює тепловому потоку, віддавати нагрітої трубою довкіллю:
,
де U - напруга на нагрівачі (В);
Rн - опір нагрівача (Ом) (Rн=24,1 Ом).
досвід (Вт);
досвід (Вт);
досвід (Вт).
Знаходимо середню температуру поверхні труби tcр (оС):
,
досвід:
(оС);
досвід:
(оС)
досвід:
(оС)
Визначаємо тепловий потік Qпот (Вт) у місцях кріплення труби:
,
де Qпот - питомий тепловий потік (Вт/м2);
Fзад - поверхня кінця труби в місці закладення в теплоізолятор (м2);
tu=0.5 (t11 + t12) - середня температура поверхні ізоляторів (оС);
, - відповідно товщина повітряного прошарку і середня товщина ізолятора в місці закладення труби (м);
, - відповідно коефіцієнти теплопровідності повітря і матеріалу теплоізоляторів (Вт/м К).
Для конкретної установки і середніх умов експерименту на ній (Fзад=8,47? 10-4 м2;? u=0.011 м;? в=0,001 м;? в=0.031 Вт/(м К)? u=0 , 3 Вт/(м К)) отримуємо:
,
1 досвід:
(Вт);
досвід:
(Вт);
досвід:
(Вт).
Підраховуємо дослідне значення коефіцієнта тепловіддачі? вп (Вт/(м2 К)):
,
де - величина теплоотдающей поверхні труби (м2).
досвід:
(Вт/(м2 К));
досвід:
(Вт/(м2 К));
досвід:
(Вт/(м2 К)).
Порівняння результатів досвіду з розрахунковими значеннями.
Розрахунковий коефіцієнт тепловіддачі? р (Вт/(м2 К)), при складному теплообміні визначають як суму конвективного (? к) та променистого (? л) коефіцієнтів тепловіддачі:
.
Величину (Вт/м2 К) знаходять за допомогою критеріальних рівнянь з урахуванням розташування труби в просторі.
а) Горизонтальна труба (?=00).
У цьому випадку використовується критеріальне рівняння
,
де - критерій Грасгофа;
- критерій Прандтля;
- критерій Нуссельта;
С, n - постійні.
Значення постійних С і n вибирають залежно від величини твору? по таблиці.
Критерій Грасгофа обчислюють за формулою:
,
де g=9,81 - п...
