Исследование процесса передачи тепла конвекцией

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Кафедра печей, контроля и автоматизации

металлургического производства

Лабораторная работа №4

По предмету:                                Пирометрическое оборудование                                    .                                          

На тему: «Исследование процесса передачи тепла конвекцией»                   .

Выполнила: студентка группы АПМ-02                 /Василенко С.В./

                                                                                        (подпись)                                                                                                                    (Ф.И.О.)

Проверил: доценткафедры  ПКАМП             _______________        /Дубовиков О.А/

                            (подпись)                                                                             (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2005 год

Краткие теоретические сведения

  Процесс конвекции имеет сложную физическую природу, так как перенос тепла определяется как теплофизическими характеристиками (теплопроводностью веществ, температурным градиентом), так и гидроаэродинамическими параметрами (скоростью жидкости или газа, плотностью, вязкостью).

  Совокупность температур в разных точках жидкости или газов в определённый момент времени образует температурное поле этой жидкости или газа: . Неравномерное температурное поле в таких средах обуславливает различие плотности среды и приводит к вытеснению более лёгких слоёв жидкости (газа) тяжёлыми. Этот процесс, которому одновременно сопутствует и перенос тепла, называется естественной конвекцией.

Если жидкость или газ приводятся в движение внешними силами, то совокупность происходящих динамических и тепловых процессов называется вынужденной или принудительной конвекцией. В производственной практике наибольшее значение имеет конвективный теплообмен, происходящий на поверхности соприкосновения газ – жидкость, жидкость – твёрдое тело и т.д. Такой конкретный вид конвективного теплообмена называется конвективной теплоотдачей.

  Основная характеристика конвективного теплообмена – количество тепла или плотность теплового потока, передаваемого от одной среды к другой. При конвективной теплоотдаче плотность теплового потока может быть определена по формуле Ньютона:

                                                            ,                                                          (1)

  Где  - коэффициент конвективной теплоотдачи от жидкой или газообразной среды к поверхности тела;

           - температура среды;

           - температура поверхности тела.

  Сравнительно простой вид формулы (1) ещё не говорит о простоте процесса конвективной теплоотдачи. Напротив, известно, что конвективная теплоотдача является сложным, зависящим от многочисленных факторов, процессом. Сложность процесса оказывается скрытой в коэффициенте теплоотдачи.

  Существующая теория конвективного теплообмена позволяет производить теоретические расчёты коэффициентов теплоотдачи только для наиболее простых случаев, встречающихся в практике, поэтому чаще всего этот процесс анализируют с помощью теории подобия, используя критериальные зависимости. Обычно результаты экспериментальных данных по коэффициентам теплоотдачи представляют в виде критериальных уравнений типа .

Цель работы: Выявить влияние некоторых факторов на процесс конвективной теплоотдачи от струи нагретого воздуха к охлаждаемой пластине и представить результаты опыта в виде критериальной зависимости.

Описание установки

Установка, предназначенная для изучения процесса конвективной теплоотдачи (см. рис.), состоит из: электрической трубчатой печи 9; стального трубчатого воздухонагревателя типа рекуператора 11; воздуходувки 7; медной водоохлаждаемой пластины 10; вариатора для расхода воздуха 8; диафрагмы для измерения расхода воздуха 12; вентиля для регулирования расхода воды 1; ртутных термометров 2 для измерения температуры воды на входе и выходе из медной пластины; пяти термопар 3 для измерения температуры поверхности пластины, воздуха на выходе из трубы и воздуха , набегающего на пластину; милливольтметра для измерения температур поверхности пластины и воздуха 4; U-образного дифманометра для измерения расхода воздуха 6; лабораторного автотрансформатора для измерения электрического режима работы печи 13; переключателя термопар 5.

Выполнение работы

I.Экспериментальная часть

Таблица 1

N опыта	Расстояние пластины до сопла, h, см	Угол наклона пластины,tgβ	Расход воды Мохл, мл/сек	Перепад на диафрагме ∆Н, мм.вд.ст	Температура, 0С
					Поверхности пластины					Воздуха		Воды
					t0	t1	t2	t3	t4	t5	t6	tвых	tвх
1	3	1.25	6,3	115	26	24	24	49	24	54	88	18,8	14,4
2				97	24	24	24	24	24	61	53	18	14,2
3				75	24	24	24	24	24	80	80	17,8	14,2
4				40	24	24	24	24	39	84	84	17,5	14,2