МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное федеральное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
ШКОЛА ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК
Базовая кафедра химических и ресурсосберегающих технологий
Отчет
по лабораторной работе на тему
«Определение коэффициента теплоотдачи горизонтального цилиндра при внешней естественной конвекции воздуха»
Выполнил студент гр. Б8321
Проверила доцент
г. Владивосток 2014
Определение значения коэффициента конвективной теплоотдачи при свободном движении воздуха, зависимости коэффициента теплоотдачи от температурного напора и установление критериального уравнения конвективного теплообмена.
Естественной конвекцией называется движение газа или жидкости обусловленное его неодинаковой плотностью в различных точках объёма, что вызвано неравномерным нагревом.
В настоящее время для исследования конвективного теплообмена используется теория подобия, которая сочетает в себе аналитический и экспериментальный способы исследования.
Для установления подобия физических явлений используют критерии подобия - безразмерные комплексы, составленные из характерных для явления физических величин. В каждом критерии объединяются несколько первичных переменных и количество критериев в уравнении оказывается меньше, чем количество первичных переменных в исходном уравнении.
Ввиду сложности дифференциальных уравнений теплообмена вид этих уравнений лишь в простейших случаях может быть найден строгим математическим решением. А в большинстве случаев вид критериальных уравнений находится обработкой экспериментальных данных.
Критериальным уравнением стационарного конвективного теплообмена называют зависимость (1)
|
|
(1) |
Критерий Нуссельта, который характеризует соотношение между интенсивностью теплоотдачи и интенсивностью теплопроводности (2)
|
|
(2) |
||
|
где |
α - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м2·град; λ - коэффициент теплопроводности газа, Вт/м2·град. |
||
Число Прандтля, характеризующий соотношение между скоростью обмена механической энергии между частицами газа и скоростью обмена тепловой энергией:
|
|
(3) |
||
|
где |
ν - коэффициент кинетической вязкости газа, м2·с; a - коэффициент температуропроводности, м2·с;
Cp - удельная теплоёмкость; λ - коэффициент теплопроводности; ρ - плотность воздуха. |
||
Число Грасгофа, характеризующий соотношение между подъёмной силой и силами вязкого терния выражается в соотношении (4)
|
|
(4) |
||
|
где |
β - температурный коэффициент температурного расширения, град-1;
ρ - ускорение в поля тяготения, м·с-2; Δt - разность температур поверхности тела и газа за пределами пограничного слоя t2, град. |
||
На основании обобщения экспериментальных данных предложена расчетная формула (5)
|
|
(5) |
Экспериментально установлено, что существует три режима переноса теплоты в зависимости от произведения Gr·Pr (Таблица 1)
Таблица 1
|
№ режима |
Gr·Pr |
c |
n |
|
1 |
1·10-3 - 5·102 |
1,18 |
0,125 |
|
2 |
5·102 - 2·107 |
0,54 |
0,25 |
|
3 |
2·107 - и более |
0,135 |
0,333 |
При первом режиме теплоотдача слабо зависит от произведения Gr·Pr, и теплота переносится в основном вследствие теплопроводности.
При втором режиме существует ламинарный пограничный слой, и теплота переносится в основном вследствие свободной конвекции при ламинарном режиме движения газа.
При третьем режиме теплота переносится вследствие свободно конвекции при турбулентном режиме движения жидкости.
Теплоотдача тела, в первую очередь, определяется разностью температур тела и окружающей среды или температурным напором, а также рядом других факторов.
В данной работе требуется установить влияние только температурного напора.
Коэффициент теплоотдачи излучением определяется соотношением (6)
|
|
(6) |
||
|
где |
Qизл - количество тепла переданное нагретым цилиндром путем конвекции, Вт; F - поверхность цилиндра, м2; tF - температура поверхности цилиндра, ºС; tг - температура газа, ºС. |
||
Теплоотдающим цилиндром служит медная труба, размещенная горизонтально. Внутри трубы размещен электронагреватель из нихромовой проволоки, которая наматывается на стержень, покрытый асбестом.
Торцы трубы закрыты тепловой изоляцией, через которую выведены провода для питания нагревателя током. Тепло выделяется по длине трубы равномерно. Количество тепла, передаваемого в окружающую среду, определяется по расходу электрической энергии. Потребляемая электронагревателем мощность регулируется с помощью лабораторного автотрансформатора и определяется по показаниям амперметра и вольтметра.
Для измерения температуры на внешней поверхности заложено пять хромо-копелевых термопар, размещенных по спирали на одинаковом расстоянии друг от друга со сдвигом на 90º. Это сделано для учета изменения температуры по периметру трубы. Еще три термопары служат для измерения температуры окружающего воздуха. Электроды термопар выведены к блокам контроля.
Установили напряжение 50 В, включили нагреватель, затем измерили силу тока. И оставили нагреваться на 30 минут для определённого теплового состояния установки. Измерение температуры проводили через каждые 5 минут. Данную работу проводили при 3-х напряжениях: 50, 80, 100 В. Данные занесли в таблицу 2 и приступили к расчётам.
Таблица 2
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
