WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |

Таблиця 4.Дані вимірів № Струм Температура в точках, оС Напруга U, В пп I, А т.1 т.2 т.3 т.4 т.5 т.6 т.7 т.Після завершення вимірів ручка регулятора трансформатора виводиться на нуль. Тумблер "ВКЛ – 1" переводиться в нижнє положення, установка відключається від электромережі. Переривником знеструмлюється электромережа. Після відключення электромережі закривається вентиль 7 і уся вода з установки відводиться через зливальний колектор.

5. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ Кількість теплоти, що виділяється електричним нагрівачем Q = U I, Вт (4.3) Середня температура на поверхні зразків, що обігріваються t1 + t + t tв = (4.4) t5 + t6 + t tв =. (4.5) Перепад температури по товщині зразків tв = tв - t, (4.6) tн = tн - t5. (4.7) Коефіцієнт теплопровідності досліджуваного матеріалу дорівнює Q =, (4.8) tв tн + F Sв Sн де F – площа поверхні одного зразка, м2, F = d2 4;

Sв і Sн – товщина зразків, м.

Аналогічно проводиться обробка результатів для другого і третього досліду. Після цього будується графік залежності = f(t).

6. ЗВІТ ПРО РОБОТУ Звіт про роботу повинний включати:

– назва і ціль роботи;

– схему експериментальної установки;

– результати вимірів;

– розрахункову частину;

– висновки.

7. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ 7.1. Назвіть характерні ознаки стаціонарності процесу теплопередачі.

7.2. Що характеризує собою коефіцієнт теплопровідності Розмірність коефіцієнта теплопровідності.

7.3. Порядок проведення експерименту.

7.4. Опис лабораторної установки.

7.5. Як розподіляється температура в пластині при СТС ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОВІДДАЧІ ВІЛЬНОЇ КОНВЕКЦІЇ 1. МЕТА РОБОТИ 1. Визначення коефіцієнта тепловіддачі конвекцією при вільному русі повітря, що рухається уздовж нагрітої горизонтальної труби.

2. Встановлення залежності коефіцієнта тепловіддачі від температурного напору.

2. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ Поняття конвекції охоплює процес теплообміну при русі рідини або газу. Під конвекцією розуміють перенесення теплоти при переміщенні макрообсягів рідини або газу в просторі з області з однією температурою в область з іншою. Перенесення теплоти нерозривно пов’язано з переносом маси, тому конвекція можлива тільки в текучому середовищі.

Теплообмін між потоком рідини чи газу і поверхнею тіла зветься конвекційною тепловіддачею.

Умови виникнення та характер руху рідини впливають на процес теплообміну. Рух рідини або газу, обумовлений силами, що виникають у самому середовищі, приводить до виникнення вільної (природної) конвекції.

Рух, обумовлений силами, прикладеними ззовні - до змушеного (штучної) конвекції.

Наприклад, якщо рух викликають підйомні сили, що виникають через різницю щільності у різних частинах середовища з різними температурами, то такий рух рідини чи газу зветься вільним. Змушений рух середовища виникає під дією зовнішніх сил – ексгаустера, вентилятора, димаря і т. ін.

Для визначення коефіцієнта тепловіддачі конвекцією застосовуються методи стаціонарного теплового потоку або регулярного теплового режиму.

У методі стаціонарного теплового потоку використовується закон Ньютона – Ріхмана, записаний для елемента поверхні dF:

dQ = (tс - dF, (5.1) tп) dQ відкіля: =. (5.2) dF (tc - tп ) Тут tс – температура середовища, що віддає теплоту, °С, tп – температура поверхні, що сприймає теплоту, °С.

Якщо усі величини, що входять у це рівняння, віднесені до елементу поверхні тіла d, то з виразу 52 можливе визначення місцевого коефіцієнта тепловіддачі. Середнє значення коефіцієнта тепловіддачі може бути знайдене або з залежності (1 спосіб):

= dF, (5.3) F F де – локальний коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, Вт/(м2 К);

або по рівнянню (2 спосіб):

Q q q = = =, (5.4) (tс - tп ) F tс - tп t де q – середня щільність теплового потоку, Вт/м2;

t – середній температурний напір між поверхнею теплообміну і середовищем, °С.

3. ОПИС ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ Експериментальна установка (рис. 5.1) складається з горизонтальної труби 1, (довжина робочої ділянки труби L = 1,07 м, діаметр – 0,036 м), всередині якої знаходиться нагрівальний елемент 2. Торци труби теплоізольовані пробками 3. На поверхні труби встановлені п'ять термопар, що підключаються за допомогою перемикача 4 до мілівольтметра 5, який відображає значення температур. Живлення установки здійснюється через лабораторний автотрансформатор (ЛАТР) 6. За допомогою ЛАТРу регулюється потужність установки. Значення споживаної потужності визначається за допомогою амперметра та вольтметра.

Рис. 5.1. Схема експериментальної установки 4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ Установка включається в електричну мережу тумблером. За допомогою ЛАТРу встановлюється напруга близько 210 В (за показниками вольтметра). Після досягнення стаціонарного теплового стану (СТС) роблять вимір температури стінки труби, послідовно підключаючи термопари перемикачем 4 до мілівольтметра 5. Про наступ СТС судять по стабілізації температури труби. Отримані значення температури заносяться в таблицю спостережень (табл.. 5.1).

Таблиця 5.Дані вимірів № U, I, tпов, Температура труби, °С п/п B A °С t1 t2 t3 t4 tУ таблицю заносяться також значення напруги, сили струму та температури навколишнього середовища – повітря. Аналогічним образом проводяться виміри для напруг 140 В та 110 В.

5. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ Для кожного експерименту визначається середня температура стінки труби за показниками п'ятьох термопар:

t1+ t2 + t3 + t4 + t5.

t = (5.5) Розраховується потужність виділювана нагрівачем:

N = U I. (5.6) Тому що в стаціонарному стані наступає рівновага між споживаною електричною потужністю і передачею теплоти в навколишнє середовище, можна записати:

N = +, (5.7) Qвипр Qконв де: Qвипр – тепловий потік, що передається випромінюванням з поверхні труби в навколишнє середовище, Вт;

Qконв – тепловий потік, що передається конвекцією з поверхні труби в навколишнє середовище, Вт.

Кількість теплоти, що передається випромінюванням, визначається за законом Стефана-Больцмана:

= С0 F [(T /100)4 - (Тпов /100)4], (5.8) Qвипр де Со = 5,67 Вт/(м2 К4) – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла;

= 0,24 – ступінь чорноти труби;

F – площа зовнішньої поверхні труби, м2;

Т = t + 273 – абсолютна температура стінки труби, К;

= T tпов + 273 – абсолютна температура повітря, К.

пов Кількість теплоти, що передається конвекцією, дорівнює = N. (5.9) Qконв - Qвипр Середній коефіцієнт тепловіддачі конвекцією розраховується по формулі Qконв =, (5.10) t F t = t - tпов де – перепад температури між стінкою труби і навколишнім середовищем, °С.

По отриманим даним будується графік залежності коефіцієнта тепловіддачі конвекцією від перепаду температур t.

6. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДІВ ЗА ДОПОМОГОЮ ТЕОРІЇ ПОДОБИ Теплообмін при вільній конвекції описується рівнянням, записаним у критеріальному вигляді:

Nu = С (Gr Pr)n, (5.11) де: Nu = d / – критерій Нуссельта;

Gr = g t / d3 2 – критерій Грасгофа;

Pr = / a – критерій Прандтля;

C, n – емпіричні коефіцієнти;

d – лінійний розмір тіла, м2;

– коефіцієнт теплопровідності газу, Вт/(м °С);

– коефіцієнт об'ємного розширення, = 1 / (273 + t), 1/°С;

t = t - tпов –перепад температур, °С;

t – температура прикордонного шару біля стінки труби, t = 0,5 (tст + tпов), °С ;

а – коефіцієнт температуропровідності газу, м2/сек;

– коефіцієнт кінематичної в'язкості газу, м2/сек;

g = 9,81 м/с2 – прискорення сили ваги.

Значення величин, а, для повітря, у залежності від температури, наведені в таблиці 5.2.

Таблиця 5.Залежність теплофізичних властивостей повітря від температури Параметр Температура, °С 0 20 40 60 100 2,44 2,59 2,76 2,90 3,21 3,102, Вт/(мК) 13,28 15,06 16,96 18,97 23,13 34,106, м2/сек 18,8 21,4 24,3 27,2 33,6 51,а106, м2/сек Для кожного окремого дослідження розраховуються критерії, а також їхні логарифмічні функції. Результати вносяться в таблицю 5.3.

Таблиця 5.Розрахункові значення критеріїв і їхні логарифмічні функції № Nu Gr Pr GrPr lgNu lg(GrPr) з/п Потім будується графік залежності lg(Nu) = f{ lg (Gr Pr) }, що повинен мати вигляд практично лінійної залежності.

За допомогою отриманого графіка визначаються величини lgC и tg.

Потім визначаються шукані параметри С и n. (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Графічне визначення значень параметрів С и n 7. ОЦІНКА ПОГРІШНОСТІ ВИМІРЮВАНЬ Відносна гранична помилка вимірів коефіцієнта тепловіддачі визначається з формули:

U I + d L tC tб + +, (5.12) E = = + + U I tC - tб d L де І – абсолютні значення максимальної погрішності вимірів окремих величин.

Абсолютна допустима погрішність показань вимірювального прибору дорівнює:

k X N = ±, (5.13) де k – клас точності прибору;

XN – верхня межа виміру прибору.

Гранична погрішність градуювання термопар t = ± 1 °C.

Погрішність вимірів діаметру труби штангенциркулем d = ± 0,01 мм.

Довжина труби визначається з погрішністю L = ± 1,0 мм.

Остаточне значення коефіцієнта тепловіддачі представляється у вигляді:

= ( ± ), Вт/(м2 °С), E =.... %.

8. ЗВІТ Звіт про роботу повинен включати:

– назву та мета роботи;

– основні теоретичні положення та опис роботи;

– схему експериментальної установки;

– таблиці спостережень та розрахунків;

– розрахункову частину;

– виводи.

9. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ 9.1. З яких елементів складається експериментальна установка 9.2. Яким законом описується конвекційний теплообмін 9.3. Як визначаються значення параметрів С и n 9.4. Чим відрізняються вільна конвекція від змушеної 9.5. На що витрачається електрична потужність, яка споживається установкою 9.6. Чому дорівнює потужність нагрівача 9.7. По якому параметру судять про наступ стаціонарного теплового стану 9.8. Під дією чого виникає змушений рух середовища 9.9. Під дією чого виникає вільний рух середовища ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № ВИВЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОВІДДАЧІ ЗМУШЕНОЇ КОНВЕКЦІЇ 1. МЕТА РОБОТИ 1. Визначити коефіцієнт тепловіддачі конвекцією при змушеному русі повітря у циліндричній трубі.

2. Встановити залежність коефіцієнта тепловіддачі конвекцією від швидкості повітряного потоку.

3. Визначити коефіцієнти у критеріальному рівнянні для випадку змушеної конвекції в трубах.

2. ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ У теплотехнічних агрегатах часто зустрічається випадок теплообміну між двома середовищами, що рухаються, розділених металевою стінкою.

Як правило, процес передачі теплоти в такій системі складається з наступних етапів:

– конвективна тепловіддача від тепловіддаючого середовища до поверхні стінки;

– передача тепла теплопровідністю через стінку;

– конвективна тепловіддача від поверхні стінки до теплосприймаючого середовища.

У стаціонарному тепловому режимі процес передачі теплоти від одного середовища до іншого описується відомою формулою t1- tQ = F, Вт, (6.1) 1/ s / +1/ 1+ де Q – кількість теплоти, що передана, Вт;

t1 – температура середовища, що віддає теплоту, °С;

t2 – температура середовища, що одержує теплоту, °С;

1 – коефіцієнт тепловіддачі конвекцією від середовища з температурою tдо поверхні стінки, Вт/(м2К);

s – товщина стінки, м;

– коефіцієнт теплопровідності матеріалу стінки, Вт/(мК);

2 – коефіцієнт тепловіддачі конвекцією від поверхні стінки до середовища з температурою t2, Вт/(м2К);

F – середня поверхня теплообміну, м2.

Методика проведення даної роботи заснована на наступній умові.

Якщо один з коефіцієнтів тепловіддачі, наприклад 1, значно більше іншого – 2, а тепловий опір розподільної стінки (s/) малий, то знаменник виразу (6.1) приблизно дорівнює 1 s + + 2, 1 а саму формулу (6.1) можна записати у виді, аналогічному записі закону Ньютона-Ріхмана для конвекції Q 2 (t1 - F. (6.2) t2) Відомо, що коефіцієнт конвективної тепловіддачі в киплячій рідині складає ж 2400…4000 Вт/(м2К), у той час як коефіцієнт тепловіддачі у газовому середовищі дорівнює г 20…40 Вт/(м2К). Тепловий опір сталевої стінки звичайно s/ 0,0004…0,0002 (м2К)/Вт. Тому дана умова легко виконується для теплообмінника в якій середовищем, що гріє, є рідина, а середовищем, що нагрівається – повітря. Таким чином, визначаючи кількість теплоти, що передана в рідинному теплообміннику, виміривши температуру рідини та повітря, з рівняння (6.2) знаходять значення коефіцієнта тепловіддачі конвекцією 2.

В інженерній практиці експериментальні дані узагальнюють, використовуючи теорію подібності. Для випадку змушеної конвекції використовують наступне рівняння, записане у критеріальному вигляді Nu = A Ren Prm, (6.3) де Nu = d – критерій Нуссельта, до якого входять коефіцієнт теплообміну конвекцією, розмір, що визначає d та коефіцієнт теплопровідності газу ;

Re = w d – критерій Рейнольдса, до якого входять швидкість повітря w, розмір, що визначає d та коефіцієнт кінематичної в'язкості ;

Pr = a = c – критерій Прандтля, до якого входять коефіцієнт кінематичної в'язкості, густина, теплоємність С та коефіцієнт теплопровідності газу ;

A, n, m – коефіцієнти, що визначають з дослідів.

3. ОПИС ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ Експериментальна установка (рис. 6.1) складається з вентилятора 1, розташованого поза лабораторією, коркового крана 2, для регулювання витрати повітря через теплообмінник, лічильника витрати повітря 3 та власне теплообмінного агрегату 4. Останній представляє із себе герметичну ємність з водою, що нагрівається електричним нагрівачем 6 до кипіння. Для виходу пари, що утворюється, передбачений сапун 5. На осі теплообмінника розміщена сталева труба у якій рухається повітря. Довжина робочої ділянки труби L = 500 мм, внутрішній діаметр Dвн = 15 мм, зовнішній діаметр Dнар =21 мм.

Рис. 6.1. Схема експериментальної установки Температура кипіння води, а також температури повітря на вході та виході з труби вимірюються за допомогою ртутних термометрів 7. Підтримка повільного кипіння води в теплообміннику здійснюється за допомогою електронного блоку 8, який регулює потужність, що споживається.

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ Перевірити наявність води у теплообміннику.

Увімкнути подачу електроживлення на установку за допомогою тумблера, що розташовано на правому боці лабораторного столу.

Розігріти установку до робочої температури. Про готовність установки до досвіду свідчить вихід пари із сапуна, температура води у теплообміннику складає близько 100 °С.

Ввімкнути вентилятор (включається за допомогою настінного автомата) і цілком відкрити корковий кран.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.