Определение коэффициента теплоотдачи при свободном движении воздуха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Иркутский Государственный Технический Университет

Кафедра теплоэнергетики

Лабораторная работа

Определение коэффициента теплоотдачи при свободном движении воздуха

Выполнил: Максимова Т.Г.

Проверил: Эйзлер А.М.

Иркутск 2015 г.

Цель работы - углубление знаний по теории теплоотдачи при свободном движении жидкости или газа (естественно конвекции),ознакомление с методикой опытного исследования процесса и обработки экспериментальных данных в критериальном виде.

Задание

1. Определить значение коэффициента теплоотдачи для горизонтальной трубы при свободном движении воздуха.

2. Установить зависимость коэффициента теплоотдачи от температурного напора, построить график .

3. Обработать результаты опыта в критериальном виде.

Общие сведения

Свободное движение - движение, которое возникает вследствие разности плотностей нагретых и холодных областей жидкости или газа. Такое движение возникает возле тела, если его температура отличается от температуры окружающей среды. В данной работе нагретая труба находится в воздухе. Вокруг трубы устанавливается неравномерное распределение температуры и возникает свободное движение воздуха. По мере нагревания воздуха его плотность уменьшается, и он поднимается вверх (всплывает), а на его место поступает свежий, более холодный и плотный. При этом, воспринятая частица воздуха от трубы, переносится ими в окружающее пространство естественной конвекции.

Теплоотдача - это теплообмен между поверхностью твердого тела и движущимся теплоносителем (жидкостью или газом). Интенсивность теплоотдачи зависит от разности температур тела и окружающей среды (температурного режима), от режима движения среды и ее физических свойств, от формы тела и его расположения в пространстве.

Интенсивность теплоотдачи характеризуется коэффициентом теплоотдачи значение которого определяются по уравнению Ньютона - Рихмана:

Описание установки и порядок проведения работы

Опытная установка (рис.1) размещена в большой комнате с достаточно устойчивой температурой. Объектом исследования является труба, расположенная горизонтально. Внутри трубы помещен электронагреватель. Для измерения температуры теплоотдающей поверхности в стыке трубы заложены одиннадцать хромель - алюмелевых термопар. Переключатель термопар служит для поочередного присоединения каждой термопары и милливольтметру. Опыты проводятся при различных значениях мощности нагревателя, которая регулируется изменением напряжения при помощи лабораторного автотрансформатора в соответствии с выбранным тепловым режимом. Для измерения мощности подключены вольтметр и амперметр.

теплоотдача движение воздух температурный

Рис.1. Схема опытной установки для определения коэффициента теплоотдачи:

1. Нагреваемая труба;

2. Электронагреватель;

3. Термопары;

4. Амперметр;

5. Вольтметр;

6. Милливольтметр;

7. Лабораторный автотрансформатор.

После установления заданного режима производят замеры температур поверхности трубы. Порядок измерения температур: поочерёдно подключают переключателем каждую термопару к милливольтметру. Показания записываются каждые 10 минут.

Замеры производят до установившегося теплового состояния системы. Одновременно записывается температура окружающей среды по ртутному термометру (вдали от опытной установки).

Для перехода на новый режим необходимо изменить мощность электронагревателя в соответствии с заданным режимом и снова повторить наблюдения.

Обработка результатов опыта

Коэффициент теплоотдачи определяется из уравнения Ньютона - Рихмана:

где: - коэффициент теплоотдачи от поверхности трубы к воздуху, Вт/(м2*К); - тепловой поток, передаваемый трубой конвективным теплообменом (теплоотдачей), Вт; ?Т = - температурный напор; = - средняя температура стенки трубы, є С; F = р*d*L - поверхность трубы, м2; d и L - диаметр и длина трубы, м.

Тепловой поток, передаваемый поверхностью трубы путём теплоотдачи:

где: Q - полный тепловой поток; - передаваемый поверхностью трубы во внешнюю среду путём теплоотдачи; - лучеиспускания.

Полный тепловой поток определяется по мощности потребляемой электронагревателем:

где: W - мощность электронагревателя; I - сила тока; U - напряжение.

Тепловой поток, передаваемый трубой путём теплового излучения:

где: = е1*е2* приведённый коэффициент лучеиспускания, Вт/(м2*К4); е1 =0,8 и е2 = 0,9 - степени черноты стальной трубки и штукатурки; = 5,67 - коэффициент лучеиспускания абсолютно чёрного тела, Вт/(м2*К4); = + 273,16 - средняя температура поверхности трубы, К; = +273,16 - температура окружающего воздуха, К; F -поверхность трубки, м2.

Значение коэффициента теплоотдачи определяются для заданных режимов, после чего строится график

бк = f(?t), где ?Т = .

Для распространения полученных результатов на другие подобные процессы необходимо данные эксперимента обобщить в критериальном виде:

где = - критерий Нуссельта; = g*в*d³?Т/ v² - критерий Грасгофа; = v/a - критерий Прандтля. Здесь коэффициент теплоотдачи - значение, полученное в работе, Вт/(м²*К); d - диаметр трубы (определяющий размер), м; - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м*К); g - ускорение силы тяжести, м/с²; в = 1/(273+) - температурный коэффициент объёмного расширения среды, К^-1; = 0,5*() - средняя температура пограничного слоя на поверхности трубы, є С; ?Т =- температурный напор, К; м - коэффициент кинематической вязкости воздуха, м²/с; а - коэффициент температуропроводности воздуха, м²/с. Постоянные с и n определяются в зависимости от величины произведения критериев

Размещено на Allbest.ru