Исследование конвективной теплоотдачи

Страницы работы

7 страниц (Word-файл)

Содержание работы

Министерство образования Российской Федерации

КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра КиПР

Лабораторная работа № 2

Исследование конвективной теплоотдачи

Выполнили: Гардымова А. П.

                  Дудник А. И.

                  Гр. Р 32-3

Проверил: Круглик И. В.

Красноярск 2005

Цели и задачи работы:

            Целью работы является изучение конвективного теплообмена и методов получения количественного описания конвекции.

            Задачи работы:

  • ознакомление с физической сущностью конвекции и основами теории подобия;
  • экспериментальное исследование свободной теплоотдачи вертикальной пластины;
  • обобщение опытных данных на основе теории подобия и получение критериальных уравнений, описывающих эксперимент.

Краткие теоретические сведения

Понятие конвективного теплообмена

            Конвективным теплообменом называется процесс переноса теплоты между поверхностью твердого тела и жидкой средой. При этом перенос тепла осуществляется одновременным действием теплопроводности и конвекции.

            В отличие от теплопроводности процесс конвекции связан с переносом самой среды. Массы жидкости, непосредственно прилегающие к нагретой поверхности, нагреваются за счет теплопроводности жидкости. При этом от стенки отбирается некоторое количество тепла. При движении жидкости нагретые массы удаляются от твердой поверхности, а их место занимают холодные, которым также отдается тепло от стенки.

            Движение жидкости может быть свободным и вынужденным. Свободное движение возникает вследствие уменьшения плотности нагретых слоев жидкости, контактирующих со стенкой, и действия на них подъемной силы. Таким образом, при естественной конвекции происходит только восходящее перемещение жидкости от нагретой стенки. Вынужденное движение возникает под действием постороннего возбудителя: насоса, вентилятора и т.п.

            В общем случае конвективная теплоотдача описывается уравнением Ньютона-Рихмана:                                                            (1),

где P — мощность теплового потока, Вт; Tc и Tж — температуры стенки и жидкости на удалении от стенки, К; S — площадь теплоотдающей поверхности, м2; α — коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/м2·К.

            В каждом виде движения можно выделить три режима движения: два крайних и один промежуточный. Наличие того или иного режима связано со скоростью движения жидкости, со свойствами, конфигурацией и степенью шероховатости стенок твердого тела.

            При малых скоростях движения, гладких и хорошо обтекаемых стенках имеет место ламинарный (слоистый) режим течения. В этом случае небольшие объемы жидкости движутся параллельно стенкам твердого тела.

            При больших скоростях, шероховатых и плохо обтекаемых стенках имеет место турбулентный (вихревой) режим течения. В этом случае небольшие объемы жидкости движутся хаотически, неупорядоченно.

            При любом режиме, даже при турбулентном, около стенки всегда имеется тонкий слой жидкости, в котором сохраняется ламинарный характер движения. Этот слой называется пограничным, и именно он оказывает наибольшее влияние на тепловое сопротивление теплоотдачи.

Оборудование, измерительные приборы, образцы

В настоящей работе построение математического описания проводится для случая свободной конвекции в неограниченном пространстве возле плоской поверхности.

Измерительный участок 1 установки (рис. 1) представляет собой плоский электронагреватель 2 с металлическими поверхностями, закреплённый на штативе с помощью теплоизоляции. Питание нагревателя осуществляется через регулируемый автотрансформатор (ЛАТР) 4.

Рис. 1

Измерение мощности производится с помощью ваттметра 3. Эти приборы вмонтированы в пульт установки 5. КПД нагревателя принимается равным 100%.

Для измерения температуры нагревателя на его поверхности размещены медь-константановые термопары Д1 – Д5. Для выбора датчика служит переключатель П1 на пульте. ТермоЭДС измеряется встроенным в пульт милливольтметром 6 или внешним потенциометром 7 типа КСП-4 с временной записью на диаграммной ленте. Размеры нагревателя 100×150 мм. Степень черноты поверхности =0,1.

Обработка результатов измерений

Температура окружающей среды t = 230C.

Длина пластины l= 220 мм.

Ширина пластины d = 115 мм.

U = 13 В, I = 0.04 А  P1 = 0,4 Вт.

Номера датчиков

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ЭДС, м В

0,18

0,19

0,2

0,2

0,2

0,19

0,2

0,21

0,21

0,2

Температура, 0С

28

28

28

28

28

28

28

28

28

28

U = 14,5 В, I = 0.05 А   P2 = 0,725 Вт.      

Номера датчиков

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ЭДС, м В

0,2

0,22

0,24

0,23

0,22

0,22

0,24

0,26

0,26

0,24

Температура, 0С

28

28,5

29

29

28,5

28,5

29

29,5

29,5

29

U = 28 В, I = 0,1 А    P3 = 2,8 Вт.  

Номера датчиков

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ЭДС, м В

0,53

0,56

0,64

0,63

0,62

0,62

0,68

0,72

0,72

0,7

Температура, 0С

36

37

38,5

38

38

38

39,5

40,5

40,5

40

Рис. 2. Зависимости температур по поверхности пластины для каждого значения мощности.

1.  Поскольку датчики по поверхности пластины распределены равномерно, среднюю поверхностную температуру определяют как среднее арифметическое температур Тj всех контролируемых точек:

                                                          (2).

Для Р1: Тс1 = 280С; для Р2: Тс2 = 290С; для Р3: Тс3 = 38,60С.

2.  Для нахождения среднего коэффициента теплоотдачи α по уравнению Ньютона-Рихмана необходимо определить мощность Р, отводимую от стенки в окружающую жидкость путем конвекции, так как полная электрическая мощность, потребляемая нагревателем, кроме конвекции, рассеивается излучением: Рэл = Р + Рлуч. Последняя (Рлуч )определяется по уравнению Стефана-Больцмана:

                                    (3),

Похожие материалы

Информация о работе