Краткие теоретические сведения по темам лабораторных работ, описание лабораторных стендов и методика проведения измерений, страница 14

q = e sT⁴ ,                                                             (12)

Степень черноты различных реальных поверхностей всегда меньше единицы и приводится в учебных пособиях в соответствующих таблицах. По ним должна быть определена степень черноты панели в лабораторном опыте.

Известно, что все поверхности с температурой Т_с не только сами излучают, но и частично поглощают встречное тепловое излучение, поступающее от окружающих тел с температурой Т₀. Поэтому теплоотдача излучением определяется плотностью результирующего теплового потока излучением, отдаваемого нагретой поверхностью, и вычисляется по формуле Стефана-Больцмана

q_рез= e_пр5,67[(T_c/100)⁴-(T₀/100)⁴]                             (13)

В эту формулу вводят приведенную степень черноты, вычисляемую по формуле

e_пр=1/(1/e_с +(F_c/F₀)(1/e₀ - 1))                                (14)

где e_с - табличное значение степени черноты излучающего нагретого тела с температурой T_c,  e₀ - степень черноты излучения окружающих твердых стен (холодный воздух в лучистом теплообмене не участвует) с температурой T₀.

Очевидно, что если поверхность образца F_c значительно меньше суммарной поверхности F₀ всех окружающих стен, то дробь F_c/F₀ в формуле (13) обращается в нуль.

Суммируя вычисленные по формулам (3) и (13) плотности теплового потока при теплоотдаче конвекцией и при теплоотдаче излучением, определяют суммарную плотность теплоотдачи в Вт/м². Зная площадь F опытного образца, определяют по формуле (1) суммарную мощность, отводимую от него в окружающую среду, то есть общий поток теплоотдачи, который должен быть равен измеренной мощности электрическогонагревателя с учетом неизбежных погрешностей, допускаемых при измерениях и вычислениях.

2.Описание лабораторного стенда

Рис.1.Принципиальная схема установки.

         1-термометр для измерения температуры воздуха; 2-опытный образец; 3-торцевые теплоизоляторы; 4-спираль нагревателя опытного образца с регулируемым электрическим током I_Н  и регулируемым напряжением U_Н .                                                                 

Опытным образцом настоящей лабораторной работе является горизонтально расположенная трубка в условиях свободной конвекции окружающего воздуха:

диаметр трубки равен 25мм,

длина трубки равна 430 мм,

материал трубки – нержавеющая сталь.

Внутри трубки вмонтирован электрический нагреватель (см.рис.1), имеющий регулятор  тока и напряжения. При пропускании электрического тока образец нагревается и его цилиндрическая поверхность вступает в теплообмен с окружающей более холодной средой за счет теплоотдачи конвекцией и теплоотдачи излучением. Теплоотдачу через торцевые поверхности образца подавляют установкой торцевых теплоизоляторов. Температура нагреваемого образца будет расти до тех пор, пока мощность теплоотдачи вовне, возрастая с ростом температуры, не сравняется с практически постоянной мощностью, выделяемой электронагревателем внутри трубки. В результате установится стационарный теплообменный режим между поверхностью трубки и окружающей средой. Этот теплообмен представляет собой сочетание двух явлений, имеющих разную природу - конвективная теплоотдача к воздуху в вертикальном коробе и лучистый теплообмен  со стенками короба. Природа и количественная характеристика этих двух составляющих теплообмена исследуется в данной лабораторной работе.