Обработка результатов экспериментального исследования
Контрольный опыт по исследованию конвективной теплоотдачи при свободной конвекции проводился на горизонтальной трубе длиной l = 0,8 м и диаметром d = 0,03 м. Опытные данные, полученные с помощью контрольно-измерительных приборов в процессе эксперимента, представлены в табл. 4
Таблица 4
Данные контрольного опыта по исследованию теплоотдачи при свободной конвекции
Наименование величины |
Значения измеряемых величин |
1 |
2 |
Напряжение, подаваемое на опытную трубу, U, В |
2,986 |
Длина трубы l, м |
0,8 |
Наружный диаметр трубы d, м |
0,03 |
Продолжение табл. 4
1 |
2 | ||
Температура окружающего воздуха tж, 0С |
20,0 | ||
Перепад температур между наружной поверхностью опытной трубы и окружающей средой ,0С |
Номера термопар |
1 |
22,834 |
2 |
23,061 | ||
3 |
24,081 | ||
4 |
25,915 | ||
5 |
29,398 | ||
6 |
36,883 |
Обработка опытных данных начинается с определения теплового потока Q, передаваемого от опытной трубы в окружающую среду. На основе обработки тарировочных опытов была получена зависимость значения теплового потока Q от напряжения U, подаваемого на опытную трубу. Эта зависимость может быть представлена в виде графика (рис. 2) или в аналитической форме (5).
Рис. 2. Зависимость теплового потока Q, передаваемого от опытной трубы в окружающую среду, от электрического напряжения U
Соотношение для определения значения теплового потока Q в зависимости от напряжения U, подаваемого на опытную трубу, имеет следующий вид:
=21,5 Вт. (5)
Средний перепад температур между наружной поверхностью опытной трубы и окружающей средой составляет
,
а средняя температура наружной поверхности опытной трубы равна
.
Средняя температура пограничного слоя воздуха у поверхности опытной трубы равна
или Tm 306,7 К.
Теплота передается от наружной поверхности опытной трубы в окружающую среду за счет конвективного и лучистого теплообмена. В условиях проведения контрольного опыта величина теплового потока, передаваемого от опытной трубы в окружающую среду путем излучения, составляет [3]
= = 8,79 Вт,
где С0 – излучательная способность абсолютно черного тела, С0 = 5,67 Вт/(м2К4); ε – степень черноты наружной поверхности опытной трубы, ε = 0,66 [2]; F – площадь наружной поверхности опытной трубы, F = dl = 3,140,030,8 = 0,0754 м2.
Тепловой поток, передаваемый от опытной трубы в окружающую среду путем конвекции, равен
Вт,
а опытное значение коэффициента теплоотдачи составляет
Вт/(м2К).
Определив при средней температуре пограничного слоя tm теплофизические свойства сухого воздуха: λ = 2,6810-2 Вт/(мК); ν = 16,9710-6 м2/с; β = 0,0033 К-1; Pr = 0,71 (табл. 1), находятся значения числа Грасгофа
и комплекса
.
В зависимости от значения комплекса подбирается коэффициентC = 0,54 и показатель степени n = 1/4 в уравнении подобия конвективного теплообмена (табл. 2) и определяются число Нуссельта
и расчетное значение коэффициента теплоотдачи
Вт/(м2К).
Относительное расхождение между опытным и расчетным значениями коэффициента теплоотдачи в условиях проведения контрольного опыта составляет
%.
Результаты обработки опытных данных заносятся в табл. 5.
Таблица 5
Характеристики конвективной теплоотдачи при свободной конвекции, определенные расчетным путем
Наименование величины |
Номер опыта | |||
1 |
2 |
3 | ||
1 |
2 |
3 |
4 | |
Тепловой поток, передаваемый от опытной трубы в окружающую среду Q, Вт |
|
|
| |
Средний перепад температур между наружной поверхностью опытной трубы и окружающей средой ,0С |
|
|
| |
Средняя температура наружной поверхности опытной трубы ,0С |
|
|
| |
Средняя температура пограничного слоя |
, 0С |
|
|
|
Tm = tm + 273,15 К |
|
|
| |
Тепловой поток, передаваемый от опытной трубы в окружающую среду путем излучения, ,Вт |
|
|
| |
Тепловой поток, передаваемый от опытной трубы в окружающую среду путем конвекции, ,Вт |
|
|
| |
Опытное значение коэффициента теплоотдачи , Вт/(м2К) |
|
|
|
Продолжение табл. 5
Число Грасгофа |
|
|
|
Число Прандтля |
|
|
|
Значение комплекса (GrPr) |
|
|
|
Число Нуссельта |
|
|
|
Расчетное значение коэффициента теплоотдачи , Вт/(м2К) |
|
|
|
Относительное расхождение между опытным и расчетным значениями коэффициента теплоотдачи ,% |
|
|
|