Обсчет опытных данных по конвективному теплообмену

Министерство общего и профессионального образования               Российской Федерации.

Архангельский Государственный Технический Университет.

Факультет промышленной энергетики.

Кафедра теплотехники.

Задание по курсу «Компьютерные технологии»

Применение приложений Microsoft Office для курсового проектирования.

Выполнила студентка II курса 1 группы

Архангельск

2001

4.3. Обсчет опытных данных по конвективному теплообмену

Суммарный тепловой поток от калориметра к охлаждающему воздуху определяется по количеству конденсата, собранному за время опыта с рабочего участка:

            Bт  ,                                                                    (36)

где   G- масса конденсата, кг;

  - время опыта, с;

r   - теплота парообразования, Дж/кг.

Значение  r легко определить по таблицам насыщенного водяного пара (2), зная температуру насыщения t. Последняя, в свою очередь, определяется величиной абсолютного давления пара в калориметре. В рабочем диапазоне давлений P= (735+875) мм рт. ст.  (98+116,7 кПа) зависимость температуры насыщения от давления может быть аппроксимирована уравнением

t= 74.7 + 0.0335 (В + )     С,                                 (37)

где  Р- избыточное давление в калориметре, создаваемое столбом воды в гидрозатворе, Р = Н, мм вод. ст.

В диапазоне t= (102104)C данные работы (2) по r обобщаются зависимостью

r= (2524.68 – 2.68 t ) 10  Дж/кг.                                    (38)

Лучистый тепловой поток между калориметром и боковой поверхностью циклонной камеры можно рассчитать по уравнению Стефана-Больцмана:

Q= FC-СF                Вт,   (39)

где    =      -  приведённая степень черноты системы; , - соответственно степени черноты калориметра и поверхности циклонной камеры;=5.77 – постоянная Стефана-

Больцмана, Вт/(м*К); Т- абсолютная температура внешней поверхности калориметра, К; Т- абсолютная температура внутренней поверхности камеры , К; F- площадь поверхности теплообмена калориметра, F- площадь боковой поверхности циклонной камеры.

Температуру  поверхности теплообмена калориметра t можно принять равной t, так как уровень  теплоотдачи при конденсации пара внутри калориметра на его внутренней поверхности во много десятков раз превышает уровень теплоотдачи от его внешней поверхности к закрученному потоку воздуха. Следовательно, термическим сопротивлением теплоотдачи при конденсации пара можно пренебречь. Термическое сопротивление теплопроводности стенки калориметра, учитывая ее малую толщину и высокий коэффициент теплопроводности материала, также незначительно. Погрешность, вызванная подобными допущениями, как показывают расчёты, для большинства случаев не превышает (0.51)%.

Зная величину Q, легко определить конвективный тепловой поток:

Q= Q - Q                   Вт.                            (40)

Приращение температуры воздуха, охлаждающего калориметр, определяется по уравнению теплового баланса

                  ,                              (41)

где С - средняя массовая теплоёмкость воздуха при постоянном давлении, равная 1005 Дж/(кг*) в диапазоне температур от 0 до 60.

Средняя температура циклонного потока рассчитывается по формуле                                   .                             (42)

Определение коэффициента теплоотдачи конвекцией от калориметра к закрученному воздуху осуществляется по уравнению Ньютона- Рихмана:

         Вт/(м*).          (43)

Число Нуссельта рассчитывается по формуле N=, где  - коэффициент теплопроводности воздуха при средней температуре потока.

 определяют по справочным таблицам либо рассчитывают по аппроксимационной зависимости, справедливой в диапазоне температур :

        Вт/(м*.                    (44)

Плотность воздуха на радиусе r

          кг/м,                 (45)

где  Р- избыточное статическое давление воздуха на радиусе r, мм вод. ст.

Коэффициент кинематической вязкости воздуха на радиусе r

             м² /с.              (46)

Число Рейнольда Rl  =.

Результаты расчёта записывают в табл.3 приложения.

После обработки опытных данных по теплоотдаче для всех исследованных в работе режимов по числу Рейнольдса (не менее 4-6) в пределах каждой серии опытов (характеризуемой определенным сочетанием геометрических характеристик циклонной камеры и соответственно конкретным значением комплекса D) устанавливается функциональная связь между числами Nu и Rl в виде зависимости (6). Для нахождения коэффициентов А, m, n в уравнении подобия (6) результаты опытов представляют графически в координатах: lg Nu – lg Rl(рис.7,а). Как видно из рис.7,а, опытные данные разделяются по сериям в зависимости от значения D и группируются около прямых, параллельных между собой, причем тангенс угла наклона их относительно оси Rl определяет показатель степени n у числа Rl. Действительно, прологарифмировав уравнение (6), получим:

lg Nu = lg(A D)+n lg Rl .                                  (47)

Последнее выражение является уравнением прямой (при постоянных значениях D и m).

Значение n определяют графически, проведя линии через опытные точки каждой серии  таким образом, чтобы обеспечить наилучшее соответствие экспериментальным данным. Этот метод обработки называют методом «натянутой нити».

Установив средневзвешенное значение n для всех опытов, находят коэффициенты  m, A.

Представим уравнение (47) следующим образом:

                              lg   .                                       (48)

lg

       lg =m

lg D

При известном n значения Nu при различных  D находят графически