4. Описание опытной установки

Экспериментальная установка для определения коэффициента теплоотдачи при свободной конвекции воздуха (рис.10) представляет собой горизонтальную трубу, выполненную из нержавеющей стали (5).

Обогрев трубы осуществляется путем ее включения непосредственно во вторичную обмотку понижающего трансформатора (4). Такой метод обеспечивает граничное условие q = const и делает измерительный участок малоинерционным. Регулирование мощности, выделяемой в трубке, осуществляется на высокой стороне трансформатора - ЛАТРа (1). Для измерения напряжения и тока в цепи служит вольтметр (2) и амперметр (3).

Температура стенки опытной трубы измеряется при помощи восьми хромель-копелевых термопар (6), расположенных через равные расстояния вдоль трубы и смещенных одна относительно другой на 90° по окружности. Горячие спаи термопар зачеканены в стенке трубы, а холодные находятся в термостате (9) при температуре равной температуре окружающего воздуха. Последняя измеряется ртутным термометром (10). Электроды термопар протянуты внутри опытной трубы. Подключение термопар к цифровому вольтметру осуществляется через переключатель (7). Перевод измеренных значений термо э.д.с. в градусы производится с помощью таблицы, имеющейся на стенде.

Геометрические размеры опытной трубы: длина = 1.18 м, внешний диаметр d = 0.025 м.

5. Проведение опыта и обработка результатов

Ознакомившись с устройством установки и получив допуск, приступают к выполнению работы. Перед включением необходимо проверить, чтобы ЛАТР был выведен до упора против часовой стрелки (минимальное напряжение). Включение и выключение стенда производится с помощью кнопок «Вкл.» и "Откл", о чем свидетельствует загорание зеленой лампочки.

Увеличив напряжение до 60-80 В, добиваются установившегося режима, который характеризуется неизменностью показаний цифрового вольтметра. После этого замеряют термо э.д.с. во всех точках, напряжение и ток, а также температуру окружающего воздуха. С целью повышения точности измерения через 1-2 мин. производится повторная регистрация показаний всех приборов. Форма протокола записи первичных параметров приведена в табл.2.

По окончании опыта ЛАТРом увеличивается напряжение на 20-30 В и опыт повторяется. Всего необходимо провести не менее четырех опытов. Предельно допустимое значение напряжения не должно превышать 200 В.

Таблица 2

Форма протокола записи первичных параметров

№ опыта	№ измере-ния	Термо э.д.с., мВ/температура, ْС								I, A	U, B	tж ْС
		Е1/t1	Е2/t2	Е3/t3	Е4/t4	Е5/t5	Е6/t6	Е7/t7	Е8/t8
1	1
	2
2	1
	2
3	1
	2
4	1
	2

Коэффициент теплоотдачи определяется по формуле (33), для чего необходимо рассчитать плотность теплового потока q и средний температурный напор t. В условиях проведения опыта передача тепла от стенки трубы к воздуху осуществляется двумя способами: непосредственно свободной конвекцией и тепловым излучением. Конвективная составляющая плотности теплового потока определяется:

, (34)

где q_эл - плотность теплового потока обусловленная прохождением электрического тока через опытный образец, Вт/м²;

q_и - плотность теплового излучения, Вт/м².

Величина q_эл определяется следующим образом:

,

где I = iּk - ток, протекающий в опытном образце, А;

i - ток во вторичной обмотке трансформатора тока УТТ-5, определяемый по амперметру, А;

к = 20 - коэффициент трансформации УТТ-5;

R₁ = R₀(1 +0.005ּ ) - зависимость для определения электрического сопротивления трубы при t = t_c (получена экспериментальным путем);

R₀ = 0.01 Ом электрическое сопротивление трубы при t = 20 ْ С

Величина q_и определяется расчетным путем по следующей формуле:

(35)

г Too

где - средняя температура стенки, К;

- средняя температура жидкости, К;

С_пр =1.0 - приведенный коэффициент излучения, установленный опытным путем, Вт/(м²К⁴).

Для одного опыта все расчеты приводятся подробно, для остальных - сводятся в табличную форму (см. табл.3).

Таблица 3

Результаты расчетов

Параметры № опыта	˚С	˚С
1
2
3
4

После заполнения таблицы 3 в логарифмических координатах построить расчетную зависимость . Логарифмирование выражения (32) приводит к линеаризации степенной функции. В этом случае для построения расчетного графика достаточно задаться двумя значениями GrּPr, лежащими в области их экспериментальных значений (лучше взять значения GrּPr из опытов 1 и 4). На этом же графике наносятся экспериментальные значения , и приводится анализ полученных результатов.

Относительная ошибка при определении коэффициента теплоотдачи рассчитывается по следующей формуле:

(36)

где через Δ обозначены абсолютные ошибки измеряемых теплотехнических величин, указанные на стенде. Относительная ошибка, найденная по уравнению (36) должна быть сопоставлена с действительным расхождением расчетных и экспериментальных значений.