1.6. Содержание отчета и его форма

Отчет оформляется в 18-листовой тетради и должен содержать следующие пункты:

– тема работы,

– цель работы,

– краткое описание работы,

– принципиальную схему опытной установки,

– протокол записи показаний измерительных приборов и таблицу результатов обработки опытных данных,

– подробные расчеты с краткими пояснениями для первого опыта,

– график зависимости коэффициента теплопроводности от средней температуры,

– определение опытных величин b и ₀и сопоставление результатов опыта с литературными данными,

– выводы по данной лабораторной работе.

1.7. Вопросы для защиты работы

1. Физическая сущность процесса теплопроводности.

2. Содержание основного закона теплопроводности и его приложение к телам простой геометрической формы.

3. Коэффициент теплопроводности и факторы, влияющие на его величину.

4. Устройство опытной установки, осуществление предпосылок теории.

5. Дать определение градиента температуры.

6. Единица измерения количества теплоты.

7. Как описывается температурное поле?

8. Как определяется тепловой поток в лабораторной работе?

9. Назвать основные виды теплообмена.

10. Определить тепловой поток через поверхность 5 м паропровода с внутренним диаметром d_в=220 мм, изолированного изоляцией толщиной_из=50 мм. Коэффициент теплопроводности трубы_т=58 Вт/(мК), изоляции_из=0,047 Вт/(мК). Температура на внутренней поверхности трубыt_в=170ºС, и на наружной поверхности изоляцииt_н=50 ºС.

11. Определить значение коэффициента теплопроводности для t_c=500ºС, используя уравнение его линейной зависимости от температуры (по результатам эксперимента в лабораторной работе).

12. Определить коэффициент теплопроводности кирпичной стенки печи толщиной = 38 мм, если температура на внутренней поверхности стенкиt_в=900ºС и на наружнойt_н= 110 ºС. Потери теплоты через стенкуq=300 Вт/м².

13. Определить эквивалентный коэффициент теплопроводности стальной стенки парового котла, если стенка покроется слоем накипи _н= 5 мм с коэффициентом теплопроводности_н= 0,23 Вт/(мК). Толщина стального листа_с=12 мм, коэффициент теплопроводности_с= 45 Вт/(мК).

14. Размерность коэффициента теплопроводности.

15. Размерность коэффициента термического сопротивления.

16. Связь между температурами измеренными по шкале Цельсия и по шкале Кельвина.

17. Связь между удельным и абсолютным тепловым потоком, их размерности.

18. Термическое сопротивление многослойной плоской стенки.

19. Указать параметры неустановившегося температурного поля.

20. Уравнение закона Фурье.

21. Формула для определения линейной плотности теплового потока для многослойной цилиндрической стенки.

22. Формула для определения теплового потока через многослойную плоскую стенку.

23. Через плоскую металлическую стенку топки котла толщиной _с= 7 мм от газов к воде проходит удельный тепловой потокq= 2500 Вт/м². Коэффициент теплопроводности стали_c= 32 Вт/(мК). Определить перепад температуры на поверхностях стенки.

24. Что такое температурный напор?

1.8 Список рекомендуемой литературы

1. Теплотехника: Учебник для вузов/ В.Н.Луканин, М.Г.Шатров, Г.М.Камфер и др.: Под ред. В.Н. Луканина. –М.: Высш. шк., 1999. –671с.

2. Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. - М.:Стройиздат, 1991.-480 с.

Лабораторная работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ ОТ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ТРУБЫ ПРИ СВОБОДНОМ ДВИЖЕНИИ ВОЗДУХА

2.1. Цель и содержание

Опытное определение коэффициента теплоотдачи для горизонтальной трубы при свободном движении воздуха в зависимости от температурного напора, а так же определение значений эмпирических коэффициентов Сиnкритериального уравнения, описывающего процесс теплоотдачи горизонтальной трубы при свободной конвекции.

2.2. Теоретическое обоснование

Свободным называется также движение жидкости, которое обуславливается разностью плотностей нагретых и холодных ее частиц и всецело определяется наличием теплообмена.

В соответствии с законом Ньютона-Рихмана количество переданного тепла пропорционально поверхности тела и разности температур поверхности и жидкости (температурному напору).

Для рассматриваемого случая теплообмена плотность воздуха и подъемная сила определяются температурным напором, а зона распространения процесса – поверхностью исследуемой трубы. Таким образом, теплоотдача тела определяется, в первую очередь, разностью температур тела и окружающей среды, т.е. температурным напором.

Как известно, процесс теплообмена при свободном движении жидкости зависит от режима ее движения около тепловоспринимающей (теплоотдающей) поверхности.

Применительно к теплообмену на горизонтальных трубах этот процесс имеет ряд особенностей. На нижней половине периметра трубы вследствие увеличения толщины ламинарной пленки, коэффициент теплоотдачи уменьшается. Это происходит до тех пор, пока увеличение толщины пленки не приводит к ее срыву, разрушению и началу турбулизации среды. Турбулизация, в свою очередь, ведет к увеличению коэффициента теплоотдачи до некоторого значения, которое в дальнейшем остается постоянным.

В зависимости от диаметра трубы переход от ламинарного режима к турбулентному происходит по разному. При диаметре горизонтальной трубы 20÷30 мм, ламинарный характер потока сохраняется до некоторой высоты над поверхностью трубы, после чего начинается турбулентный режим движения. При большом диаметре горизонтальных труб (200÷300 мм) ламинарное движение среды переходит в турбулентное еще до верхней кромки трубы. Имеющие аналитические решения задачи конвективного теплообмена при свободном движении среды выполнено при целом ряде упрощающих предпосылок и мало соответствует действительным условиям протекания процесса. Поэтому на практике широко используется экспериментальный метод с привлечением теории подобия.

Критериальное уравнение, описывающее конвективный теплообмен при свободном движении жидкости в неограниченном пространстве, имеет вид

,

(2.1)

где Nu – критерий Нуссельта

,

(2.2)

Gr– критерий Грасгофа

,

(2.3)

Pr– критерий Прандтля

,

(2.4)

В аналитические выражения критериев теплообмена (2.2 – 2.4) входят следующие физические величины:

 –коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²К);

d– определяющий размер (диаметр трубы), м;

 –коэффициент теплопроводности, Вт/(мК);

 = 1/T_погр–коэффициент объемного расширения, 1/K;

– определяющая температура (температура пограничного слоя), K;

g– ускорение силы тяжести, м/с²;

– температурный напор, К;

a–коэффициент температуропроводности, м²/с;

ν– кинематическая вязкость воздуха, м²/с;

Значение физических параметров, входящих в выражения критериев теплообмена, принимаются по температуре пограничного слоя ().

Таблица 2.4 – Физические параметры сухого воздуха

t, ºC	, кг/м^3	10^2, Вт/(мК)	а10^6, м^2/c	ν10^6, м^2/с	Pr
10	1,247	2,51	20,0	14,16	0,705
20	1,206	2,59	21,4	15,06	0,703
30	1,165	2,67	22,9	16,00	0,701
40	1,123	2,76	24,3	16,96	0,699
50	1,093	2,83	25,7	17,95	0,698
60	1,060	2,90	26,2	18,97	0,696
70	1,029	2,96	28,6	20,02	0,694
80	1,00	3,05	30,2	21,09	0,692
90	0,972	3,13	31,9	22,10	0,690
100	0,946	3,21	33,6	23,13	0,688
120	0,896	3,34	36,8	25,45	0,686
140	0,854	3,49	40,3	27,80	0,684
160	0,815	3,64	43,9	30,09	0,682

Значения коэффициентов Сиn, входящих в уравнение (2.1), определяются в зависимости от режима движения из таблицы 2.1.

Таблица 2.1 – Численные значения коэффициентов С и n для различных режимов движения

п/п		Режим движения	С	n
1	110^-3÷ 510^2	ламинарный режим	1,48	1/8
2	510^2÷ 210^7	переходный режим	0,54	1/4
3	210^7÷ 110^13	турбулентный режим	0,135	1/3