Описание экспериментальной установки

О снову установки (рис. 2) составляет горизонтальная труба 1 с помещенным внутри электронагревателем 2. Торцы трубы прикрыты теплоизолирующими крышками. Питание подается на нагреватель через выключатель 3 и регулируется автотрансформатором 4. Для измерения мощности нагревателя используется ваттметр 5. Для измерения температуры в стенку трубы зачеканены хромель-копелевые термопары 6. Горячие спаи термопар размещены равномерно по поверхности трубы, со сдвигом по периметру.

Через переключатель 8 термопары подключают к цифровому вольтметру 9.Холодные спаи следует поместить в сосуд Дьюара с тающим льдом. Температура окружающей среды измеряется термометром.

Порядок проведения эксперимента

1. Установка включается лаборантом или преподавателем за 30 мин до начала измерений. Установленную при этом мощность нагревателя в дальнейшем не следует изменять.

2. По показанию ваттметра определить мощность W, Вт - произведение числа делений милливольтметра на цену одного деления, которая написана на щите около ваттметра.

3. Пользуясь переключателем 8 измерить значения термоЭДС при помощи цифрового вольтметра 9.

4. Измерения проводить каждые три минуты до установления стационарного режима.

5. Результаты заносятся в таблицу экспериментальных данных (табл.1). После завершения измерений сообщить преподавателю об окончании эксперимента.

Таблица 1

Таблица экспериментальных данных

№ замера	Мощность Вт	ТермоЭДС, мВ					Температура окружающей среды tЖ
		е1	е2	е3	е4	е5

Обработка экспериментальных данных

1. Для 5-и значений термоЭДС стационарной серии измерений вычислить среднеарифметическое значение термоЭДС:

,

где m - число термопар.

ТермоЭДС с учетом поправки на холодный спай термопар:

2. По значению термоЭДС с помощью градуировочной таблицы (приложение 1) найти среднюю температуру поверхности t_СТ в стационарном режиме работы установки.

3. Вычислить средний температурный напор, как разность температур поверхности трубы и окружающего воздуха:

∆t = t_СТ – t_Ж

4. Определить лучистый теплообмен трубы:

где ε = 0,2- степень черноты поверхности трубы;

с_о= 5,67 Вт/(м²∙К)- коэффициент излучения абсолютно черного тела;

F= π∙d∙L - боковая поверхность цилиндрической трубы, м².

4. Определить конвективный поток теплоты от трубы:

Q_К = Q_∑ – Q_{Л ,}

где Q_∑ - полная теплоотдача, которая определяется показаниями ваттметра, т.к. в стационарном режиме вся электрическая энергия, потребляемая нагревателем, в виде теплого конвективного потока воздуха отводится в окружающую среду.

5. По формуле: определить средний коэффициент теплоотдачи.

6. Найденное экспериментальное значение коэффициента теплоотдачи сравнить с теоретическим. Для этого определить значения теплофизических свойств воздуха и критерия Прандтля при температуре окружающей среды t_Ж (табл. 3)_.

7. Вычислить по формуле (7) величину критерия Грасгофа.

9. Рассчитать по формуле (9) число Нуссельта и по его значению из формулы (4) теоретический коэффициент теплоотдачи.

10. Результаты занести в таблицу 2.

Таблица 2

е	tСТ	Δt	QЛ	QК	αЭКСП	Gr	Nu	αТЕОР

Таблица 3

Теплофизические свойства воздуха

t, ºС	λ×10^2, Вт/(м·К)	ν×10^6, м^2/с	Pr
0 10 20 30 40	2,44 2,51 2,59 2,67 2,76	13,26 14,16 15,06 16,00 16,96	0,707 0,705 0,703 0,701 0,699