Физика \ Теплофизика

Определение коэффициента теплоотдачи при свободной конвекции: Методические указания к лабораторной работе № 4 по курсу "Теплофизика", страница 2

где  a - коэффициент теплоотдачи, Вт/ (м2 °С); d - характерный линейный размер, м ;   l - коэффициент теплопроводности, Вт/(м °C); g - ускорение свободного падения,  м/с2; b - коэффициент объемного расширения жидкости, м3/ °С; m -  коэффициент динамической вязкости, Н с / м2;  n -коэффициент кинематической вязкости, м2/ с;    а - коэффициент температуропроводности, м/с;   Dt = (tж- tст )- температурный напор, °С.

Академиком М.А. Михеевым была получена критериальная зависимость для расчета теплоотдачи при свободной конвекции в неограниченном пространстве, в результате обобщения многочисленных экспериментальных данных с различными жидкостями и различной формой тел. Расчетная формула имеет вид:

Nu=c(Gr, Pr)n

Значения c и  n зависят от соотношения (Gr . Pr) и приведены в таблице 1.

Таблица 1

Значения коэффициентов  с и n

Режим

Gr.Pr

c

n

I

1 . 10-3… 5 . 10-2

1,180

1/8

2

6 . 10-2… 2 . 107

0,540

1/4

3

2 . 107… 2 . 109

0,135

1/3

Экспериментально установлено, что существуют три режима переноса теплоты в зависимости от   Gr.Pr . В первом переносимое количество теплоты почти не зависит от    Gr.Pr , теплота переносится   вследствие теплопроводности.

Во втором режиме образуется ламинарный пограничный слой, теплота переносится путем конвекции при ламинарном течении жидкости.

В третьем режиме происходит образование турбулентного течения жидкости около поверхности, и теплоотдача протекает интенсивнее.

Все физические константы в формуле определяются при средней температуре пограничного слоя t = 0,5 (tст+ tж), tст = (t1 +t2 +t3)/3, где t1, t2, t3 –показания электронного потенциометра КСП-4;  tж- температура окружающего воздуха.

Схема экспериментальной установки показана на рисунке.

Схема установки для определения коэффициента теплообмена

1 - электронагреватель; 2 - нагреваемая труба; 3 – электронный потенциометр; 4 - термопары; 5 - автотрансформатор; 6 - вольтметр; 7 – амперметр.

Коэффициент теплоотдачи определяется для горизонтального положения трубы 2, расположенной на стенде. Размеры трубы:   d= 42 мм;  l=  500 мм. Внутри её по всей длине проходит электронагреватель 1, мощность, потребляемая нагревателем при проведении опыта, устанавливается  автотрансформатором 5 и измеряется амперметром 7 и вольтметром  6. Для измерения температуры по длине трубы установлены  три термопары 4.

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1)  Включить выключатель BK1, затем ВК2, потом ВК3 (см. рисунок);

2)  Установить по амперметру 7 с помощью ЛАТРа  5  силу тока 0,5A;

3)  Осуществить нагрев до тех пор, пока значение температуры на поверхности трубы с течением времени не будет изменяться. Контроль температуры производить по электронному потенциометру 3;

4)  По термометру определить температуру окружавшего воздуха tж ° С,

5)  Опыт повторить с п. 2  еще при трех значениях силы тока устанавливаемого по   ЛАТР 5 : 1,0A; I,5A; 1,7А.

6)   Данные опыта занести в таблицу 2.

Таблица 2           

Данные опыта

Скачать файл