Изучение средней теплоотдачи горизонтальной трубы при свободном движении воздуха (Лабораторная работа № 7)

Министерство образования Российской Федерации

Волжский филиал Московского энергетического института

(Технического университета)

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Лабораторная работа № 7

по курсу тепломассообмен

Изучение средней теплоотдачи горизонтальной

трубы при свободном движении воздуха

Студент:                              Клычевский В. А.

Группа:                                АТП- 2 -00

Преподаватель:                        Шевцова С. Б.

Волжский 2002

Цель работы: углубление и закрепление знаний по теории конвективного теплообмена при свободном движении воздуха.

   Назначение работы: изучение механизма теплообмена при свободной конвекции; усвоение понятий теплоотдачи и коэффициента теплоотдачи. Ознакомление с методом опытного определения коэффициента теплоотдачи.

Теоретические основы работы

   Свободным называется движение жидкости (газ, капельная жидкость) возникающее под действием массовых (объемных) сил. Примером такого движения служит движение жидкости в гравитационном поле в следствии наличия разности ее плотностей в различных точках пространства. Если эта разность плотностей обусловлена разностью температур поверхности тела и жидкости в рассматриваемом объеме, движение  сопровождается конвективным теплообменом, а между телом и жидкостью теплоотдачей при свободной конвекции.

   Характерная особенность рассматриваемого явления взаимосвязь процессов движения и теплообмена. Так увеличение указанной выше разности температур ведет к росту разницы плотностей жидкости, что очевидно, представляет рост скорости и ее гравитационного движения, последнее непосредственно вызывает увеличение интенсивности конвективного теплообмена характеризующееся коэффициентом теплоотдачи a.

   По определению a равно

                                              (7.1)

   Коэффициент теплоотдачи зависит от ряда факторов: температура жидкости, температурный напор, физические свойства жидкости, форма, размеры и положение теплоотдающей поверхности в пространстве.

   Конвективная составляющая плотности теплового потока выражается разностью плотности теплового потока, обусловленной электрическим тепловыделением в трубке и плотности теплового потока излучения, т. к. в условиях опытов конвективный теплообмен при свободном движении  воздуха сопровождается тепловым излучением поверхности теплообмена, то:

                                                (7.2)

где  q_с,эл - местная плотность теплового потока, обусловленная электрическим тепловыделением  в трубке Вт/м²;

q_с,и - местная плотность теплового излучения поверхности теплообмена определяемая расчетным путем Вт/м²;

   Полную плотность теплового потока обусловленную электрическим тепловыделением находят из соотношения

                                        (7.3)

гдеI = i·k, I - токвцепи;

i - сила тока во вторичной цепи трансформатора тока;

k - коэффициент трансформации;

R₀- электрическое сопротивление опытной трубки при t = 20⁰C;

R_t - электрическое сопротивление трубки при средней температуре трубки;

- зависимость электрического сопротивления материала трубки от температуры t_s (определяется по рис. 4.7 стр. 148 “Практикум по теплопередачи”).

   Средняя температура внешней поверхности опытной трубки определяют по данным измерений:

                                                  (7.4)

                                                   (7.5)

где Dt_i - значение  избыточной температуры в отдельных точках на поверхности трубки.

t_ж - температура воздуха в дали от опытной трубки.

   Плотность теплового потока, обусловленную тепловым излучением поверхности опытной трубки q_с,и , находят расчетным путем:

                                     (7.6)

где  - приведенный коэффициент излучения поверхности трубки.

   Т_с = t_c + 273 - средняя абсолютная температура поверхности трубки.

   Т_ж = t_ж + 273 - абсолютная температура поверхности трубки.

   Далее результаты обработки опытных данных представляется в безразмерной форме в виде зависимости:

                                   (7.7)

 где                                            

-  опытная поправка учитывающая переменность физических свойств жидкости.

                                                (7.7.1)