Лабораторна робота №2 Визначення коефіцієнту вільної тепловіддачі від труби

Мета роботи

В цій роботі ставиться задача визначення локальних значень коефіцієнту вільної тепловіддачі в різних точках поверхні по довжині нагрітої горизонтальної труби з метою встановлення характеру змін інтенсивності тепловіддачі.

Теоретичні положення.

Інтенсивність вільної тепловіддачі від поверхні нагрітої горизонтальної труби змінюється по її довжині в зв’язку з змінами гідромеханічних умов вільного руху нагрітого повітря по мірі його переміщення вздовж тепловіддаючої поверхні.

В технічній літературі приводяться критеріальні рівняння або формули для визначення середнього по довжині труби значення коефіцієнта тепловіддачі. Зокрема, в [1] рекомендуються наступні співвідношення:

при числі Релея

(2.1)

при

(2.2)

де α – середнє значення коефіцієнта тепловіддачі, Вт/м²*К;

λ – коефіцієнт теплопровідності повітря, Вт/м*К;

d –діаметр труби, м;

критерій Грасгофа;

g =9,81 м/с²– прискорення вільного падіння;

υ – кінематичний коефіцієнт в’язкості повітря, м²/с [1,2];

β – коефіцієнт об’ємного розширення повітря (β = 1/Т₂);

Т₁ – температура поверхні труби, К;

Т₂ – температура навколишнього повітря на великому віддалені від труби, К;

Рr – критерій Прандтля.

Визначення локальних значень коефіцієнта тепловіддачі проводиться, як правило, експериментальним шляхом.

Опис дослідної установки.

Дослідна установка складається із наступних частин:

1 – 7 – термопари, які слугують для виміряння температурповерхні труби;

8 – тонкостінна алюмінієва труба (діаметр d = 0,070 м, робоча довжина ℓ = 1,750 м);

9 – електричний нагрівач;

10 – вимикач;

11 – мілівольтметр (градуювання ХА);

12 – лічильник електроенергії;

13 – перемикач термопар;

14 – автотрансформатор.

1

2

3

4

5

6

7

Рисунок 2.1 – Схема лабораторної установки

Порядок виконання роботи

• встановлюють дослідну трубу в вертикальне положення;

• перемикачем автотрансформатора 14 встановлюється напруга 150 В, яка подається на нагрівач 9;

• вимикачем 10 подається електроенергія на нагрівач 9;

• по досягненні стаціонарного теплового стану нагрітої труби (температура в кожній точці пересипає змінятися) мілівольтметром 13 визначають температуру в 7 точках поверхні труби;

• визначають витрату електроенергії на протязі 10 – 12 хв. (по лічильнику електроенергії) і розраховують теплову потужність Q електронагрівача в сталому стані по формулі

(2.3)

де 3,6*10⁶ Дж = 1 кВт год. електроенергії;

n – число обертів диска лічильника; 1200 – число

обертів диска, що відповідає 1 кВтгод.;

τ – час відліку, с.

• виміряють термометром температуру навколишнього повітря Т₂;

• визначають чисельні значення локальних коефіцієнтів тепловіддачі по формулі (зневажаючи променевою складовою теплообміну з навколишнім середовищем)

, (2.4)

де α_і – значення локального коефіцієнта тепловіддачі

в і – ой точці, Вт/м²*К;

– площа бокової поверхні труби, м²;

∆Т_і = Т_1і – Т₂ – локальний температурний натиск, К;

Т_1і – температура поверхні труби в і – ой точці, К.

• визначають по формулі (2.1) або (2.2) теоретичне значення коефіцієнта тепловіддачі;

• визначають термічні напруження на поверхні , Па, та в центрі , Па, зразка:

Температуру внутрішньої поверхні труби t=t_ц взяти на 20^оС вище температури зовнішньої поверхні t_п; а .

• дослід повторюють при значеннях напруги 200 та 250 В.

В додатку А наведені теплофізичні властивості повітря.

Після виконання розрахунків найдені значення записують в таблицю 2.1.

Вимоги до складання звіту

В тексті звіту повинні бути відображені:

• мета роботи;

• теоретичні положення;

• опис лабораторної установки;

• порядок проведення роботи;

• необхідні розрахунки;

• таблиці експериментальних і розрахункових даних.

Контрольні питання

1. Закон Ньютона для конвективного теплообміну.

2. Коефіцієнт тепловіддачі (середній і локальний).

3. Температурні напруження. Їх виникнення.

4. Визначальна температура.

5. Визначальний розмір.

6. Температурний натиск.

Таблиця 2.1

Напруга, В

Температура труби Ті ,К

Локальне значення коефіцієнту тепловіддачі α1, Вт/(м^2 К)

αсер теоретичне

αсер експериментальне

∆α різниця %

, Па

, Па

Т1

Т 2

Т3

Т4

Т5

Т 6

Т 7

α 1

α2

α3

α4

α5

α6

α7

150 200 250