Экспериментальное исследование контактного термического сопротивления биметаллических оребренных труб

Министерство образования Российской Федерации

Архангельский государственный технический университет

Факультет промышленной энергетике

Кафедра промышленной теплоэнергетике

Лабораторная работа по ПТМПУ №2:

«Экспериментальное исследование контактного термического сопротивления биметаллических оребренных труб»

Выполнили:

А

А

Проверил:    

Архангельск 2001 г.

Целью лабораторной работы является:

а) экспериментальное определение термического сопротивления биметаллической трубы с накатными ребрами;

б) экспериментальное определение коэффициентов теплопередачи биметаллической трубы с накатными ребрами при различных расходах;

в) экспериментальное определение коэффициентов теплоотдачи к внутренней поверхности и от наружной поверхности оребрения к воздуху при разных расходах его;

г) сравнение расчетного и экспериментального коэффициентов теплопередачи;

д) установление критериального уравнения приведенной теплоотдачи без учета и с учетом контактного термического сопротивления.

Рис.1 Схема экспериментальной установки: 1-вентилятор; 2-сопло; 3-микроманометр; 4-трубка Прандтля; 5,12-термометр; 6-рабочий участок; 7-ваттметр; 8-трубный пучок; 10-многоточечный переключатель; 11-потенциометр.

Опыт выполняется в следующей последовательности:

а) закрывают полностью всасывающий патрубок вентилятора;

б) по разрешению преподавателя включают двигатель вентилятора;

в) включают питание измерительной трубки, регулированием реостатов достигается интенсивное кипение;

г) включают измерительные приборы;

д)ожидают в течение 3-5 мин. затухания переходных процессов и наступления установившегося режима, когда температуры стенки трубки во времени остаются постоянными;

е) для каждого установившегося режима выполняют 2-3 записи показаний всех измерительных приборов с интервалом времени в 1-2 мин. и вносят их среднее значение в журнал наблюдений; ж) для полного объема работы испытания повторяют при 8-9 различных расходах воздуха;

з) подачу воздуха регулируют заслонкой;

и) по окончании работы сначала выключают электропитание измерительной трубки, затем вентилятор и измерительные приборы;

Обработка результатов измерений

1) Тепловой поток, отводимый от измерительной трубки к воздуху:

Q=W-Q_p-Q_т=640-1,4-29=609,6  Вт

2) Коэффициент оребрения вычисляется по выражению:

3) Наружная, внутренняя поверхности и поверхность зоны сопряжения трубки соответственно равны:

A=pd_olj=3,14·0,02748·0,4·15,2=0,52 м²

A₁=pd₁l=3,14·0,021·0,4=0,026376 м²

A_к=pd_кl=3,14·0,025·0,4=0,0314 м²

4) Полная наружная теплоотдающая поверхность  единицы длины трубки:

А¢=pd_oj=3,14×0,02748×15,2=1,3115 м²

5) Внутренняя поверхность единицы длины трубки равна:

=pd₁=3,14×0,021=0,06594 м²

6) Поверхность зоны сопряжения единицы длины трубки:

А¢_к=pd_k=3,14×0,025=0,0785 м²

7) Плотность теплового потока, отнесенного к внутренней поверхности:

 Вт/м²

8) Плотность теплового потока через зону контакта:

 Вт/м²

9) Температурная поправка, обусловленная глубиной заделки термопар 3,10:

 °С

10) Температурная поправка, обусловленная глубиной заделки термопар 8,12:

 °С

11) Температура в зоне контакта наружной поверхности ребристой оболочки:

 °С

12) Температура в зоне контакта внутренней поверхности ребристой оболочки:

 °С

13) Температурный перепад на термическом контакте:

 °С

14) Контактное термическое сопротивления:

 м²°С/Вт

15) Среднее значение термического контактного сопротивления:

  м²°С/Вт

16) Температуры внутренней поверхности трубы и поверхности у основания ребер:

17) Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара:

 Вт/(м²×°С)

18) Приведенный средний коэффициент теплоотдачи от оребрения к воздуху::

 Вт/(м²×°С)

19) Коэффициент теплопередачи измерительной трубки:

 Вт/(м²×°С)

20) Расчетное значение коэффициента теплопередачи:

 Вт/(м²×°С)

21) Коэффициент термической проводимости:

 Вт/(м²×°С)

22) Эквивалентное термическое сопротивление теплоотдачи:

 м²×°С/Вт

23) Средняя температура воздуха в пучке:

20,55  °С

24) Плотность воздуха в сопле :

 кг/м³

25)Средняя плотность воздуха в пучке:

 кг/м³

26)Средняя скорость воздуха в сопле:

 м/с

27)Площадь фронтального сечения оребренного пучка:

0,071м²

28)Площадь выходного сечения сопла:

 м²

29)Коэффициент сжатия сечения:

30)Скорость воздуха в сжатом сечении пучка:

 м²

Физические константы воздуха l,n принимаются по его средней температуре в пучке по графикам, приводимым в приложение: при t_cp=20,55 °C  l=2,6×10^-2  Вт/(м²×с) и n=15,19×10^-6 м²/с²

31)Число Рейнольдса:

4264

32)Числа Нуссельта:

Расчет остальных точек сводим к таблице.

Номер опыта	qk	tk,1	tk,1	Rk	Re	Nu	Nu¢
	Вт/м2	°C		м2°С/Вт
1	19414,01	87,011023	87,0075	2,59129E-05	4264,291	18,36408	18,36185
2	21961,78	84,371066	83,622175	3,40997E-05	5611,651	22,17426	22,15518
3	27057,32	83,066151	81,688921	5,09004E-05	7218,196	28,33047	28,2866
4	28331,21	81,108672	79,593107	5,34945E-05	9012,878	30,72978	30,67588
5	32471,34	79,959366	77,056713	8,93912E-05	10797,93	36,71975	36,59738
6	38840,76	78,421972	75,427646	7,70924E-05	12914,47	45,13755	44,97642
7	42343,95	76,826405	73,264159	8,41265E-05	15355,2	50,93131	50,70949
8	46165,61	74,478969	70,651718	8,29027E-05	18525,09	58,14944	57,86468
9	49987,26	72,806533	67,214277	0,000111874	23271,32	67,36919	66,86581

Критериальные уравнения для средней теплоотдачи всего пучка

1) Уравнение с учетом переноса тепла через термический контакт:

1 ряд) Nu¢₁=0,7393gRe-1,4486                                            Nu¢₁=0,0356Re^0,7393                                           

2 ряд) Nu¢₂=0,7828lgRe-1,5834                                           Nu¢₂=0,0261Re^0,7828

3 ряд) Nu¢₃=0,8094lgRe-1,6498                                           Nu¢₃=0,0224Re^0,8094

Пусть Re¢=5000:    Nu¢₁=19,32;   Nu¢₂=20,52;  Nu¢₃=22,09;     Nu¢_cp=20,65                                                           

Re¢¢=20000: Nu¢¢₁=53,85;   Nu¢¢₂=60,74;  Nu¢¢₃=67,84;   Nu¢¢_cp=60,81.

        

  ;  

В  итоге  .

2) Уравнение без учета переноса тепла через термический контакт:

1 ряд) Nu₁=0,7439lgRe-1,4635                                            Nu₁=0,0344Re^0,7439                                           

2 ряд) Nu₂=0,7866lgRe-1,5968                                            Nu₂=0,0253Re^0,7866

3 ряд) Nu¢₃=0,8175lgRe-1,6840                                           Nu₃=0,0207Re^0,8175

аналогично получаем уравнение для всего пучка

Nu_cp=0,0258Re^0,7827       

Оценка точности измерений

- для первой точки:

Относительная погрешность в вычислении теплового потока:

Относительная погрешность определения площади поверхности зоны