Отчет о лабораторной работе

В отчете о лабораторной работе должны быть представлены:

1. Схема экспериментальной установки.

2. Характеристики измерительных приборов.

3. Данные градуировки термопар.

4. Протокол наблюдений, подписанный преподавателем.

5. Расчеты по обработке опытных данных и сопоставлению _экс и _таб.

Лабораторная работа № 5 определение коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности трубы к воздуху при свободной конвекции Задание

Изучив соответствующие разделы рекомендуемой учебной литературы [1, 5], студент должен:

1) уяснить теоретические положения и методику экспериментального определения коэффициента теплоотдачи  при свободном движении воз­духа около горизонтальной или вертикальной поверхности;

2) провести опыт по определению коэффициента теплоотдачи от нагретой горизонтальной или вертикальной поверхности к воздуху;

3) сопоставить полученное экспериментальное значение коэффициента теплоотдачи _экс с расчетным значением _рас, рассчитанным по критериальным уравнениям.

Теоретические предпосылки экспериментального метода

Экспериментальное определение коэффициента теплоотдачи при конвектив­ном теплообмене жидкости или газа с поверхностью твердого тела при стационарном тепловом режиме, как известно, осно­вывается на законе Ньютона–Рихмана [1, 5]:

, (26)

где  конвективный тепловой поток, Вт;   коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м²К);  температура нагретой поверхности; °С;  температура жидкой или газообразной среды, окружающей поверхность нагрева, °С; F  площадь теплоотдающей поверхности, м².

При стационарном режиме тепловой поток, идущий от нагретой поверхности, и температурное поле поверхности постоянны во времени. Напомним, что тепловой поток от нагретой поверхности передается в окружающую среду (воздух) сразу двумя процессами – конвек­цией и лучистым теплообменом (так называемый сложный теплообмен). Поэтому для того, чтобы определить конвективную часть теплового потока Q_кон, надо из общего теплового потока, отдаваемого поверхностью, вычесть часть, передаваемую тепловым излучением:

, (27)

где  общий (суммарный) тепловой поток от нагретой поверхности, Вт;  доля общего теплового потока, передаваемая тепловым излучением, Вт.

Тепловой поток, передаваемый излучением, можно определить из уравнения [1, 5]

, (28)

где ε  степень черноты нагретой поверхности; С₀ = 5,70 Вт/(м²  К⁴)  коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела; Т_ст, Т_ж – температура нагретой поверхности и окружающего ее воздуха, К; F  площадь нагретой поверхности, м².

Устройство экспериментальной установки

Схема экспериментальной установки показана на рис. 9. В качестве поверхности нагрева использована поверхность горизонтальной трубы. Внутри трубы 1 равномерно по ее длине расположен электрона­греватель. Мощность нагревателя регулируют реостатом типа ЛАТР. Величину теплового потока определяют по показаниям амперметра и вольтметра, включенных в электрическую цепь нагревателя.

Влияние концов трубы на температурное поле компенсировано за счет выбора соотношения ее геометрических размеров: , где l – длина трубы, d – диаметр трубы.

Рис. 9. Принципиальная схема экспериментальной установки:

1 – нагретая труба с нагревателем; 2 – милливольтметр; 3 – переключатель термопар; 4 – сосуд Дьюара; Т₁–Т₆ – спаи термопар

Температура нагретой поверхности трубы измеряется шестью медьконстантановыми термопарами Т₁–Т₆. Спаи термопар равномерно распределены по поверхности трубы со сдвигом на 90° друг от друга. Крайние термопары уда­лены от концов на 0,05 м. ТермоЭДС измеряют милливольтметром 2 при помощи переключателя 3. Холодные спаи термопар нахо­дятся в сосуде Дьюара 4 с тающим льдом. Температуру окружающего трубу воздуха измеряют с помощью термомет­ра, расположенного на таком удалении от трубы, чтобы исключалось влияние нагретой поверхности.