3.1. Схема экспериментальной установки.

3.3. Порядок выполнения работы и обработка результатов

измерений

Устанавливается с помощью автотрансформатора определенная мощность нагревателя и осуществляется нагрев до достижения стационарного теплового режима, т. е. до состояния, когда температура на трубе и стенах канала перестают изменяться. После достижения этого режима записываются показания термопар (mV) на трубе и на внутренней поверхности канала, величина тока I(A) и напряжения U(B). Рассчитывается мощность нагревателя

W = JU, Вт. (3.9)

Так как в потенциометре, установленном на лабораторной работе, отсутствует компенсация холодного спая термопар, записывается температура, при которой находятся холодные спаи и определяется из таблиц для термопар ХА поправка на холодный спай термопар. Эта поправка прибавляется к показаниям всех термопар.

Показания термопар снимаются в тV и переводятся в оС по таблице. Затем средняя температура трубы и температура стенок канала (Тср. тр, ºС и Тст, ºС).

Тепловой поток, отдаваемый трубой, равен мощности нагревателя 9. Этот тепловой поток равен сумме тепловых потоков, отдаваемых трубой излучением (Флуч) и конвекцией (Фкон), т. е.

W = Флуч + Фкон. (3.10)

Определяется тепловой поток, отдаваемый трубой в результате лучистого теплообмена

Флуч = , (3.11)

где Со – коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/м2К4;

– степень черноты трубы и стенок канала соответственно;

Fтр – боковая поверхность трубы, м2;

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Fст – боковая поверхность стенок канала, м2;

Ттр и Тст – соответственно температура трубы и стенок, К.

После определения Флуч, вычисляют Фк из (3.10)

Фк = W – Флуч, (3.12)

а затем из (3.1).

Допускают, что температура воздуха в канале равна температуре стенок канала. Тогда

= . (3.13)

После этого определяют горизонтальной трубы диаметром dнар= 60 мм при Ттр, заданном в эксперименте, и температуре окружающей среды, равной температуре Тст при расположении трубы в безграничном воздушном пространстве. Для этого находят значения критериев Gr и Pr при средней температуре Тср=, произведение этих критериев и выбирают формулу (3.6), (3.7) или (3.8), по которой определяют для трубы, расположенной в безграничном пространстве воздуха. Это значение сопоставляют со значением, полученным в эксперименте при расположении трубы в ограниченном воздушном пространстве.

3.4. Пример расчета по выполняемой работе

При достижении заданных условий получены следующие показатели приборов: J = 1,4 А, U = 84 В, показания термопар, установленных на трубе (mV):1 – 26; 2 – 3,1; 3 – 3,2; 4 – 2,4; 5 – 1,9. Показания термопары, измеряющей температуру на внутренней поверхности канала, 6 – 0,4 mV.

Температура холодных спаев (температура в лаборатории) 25 ºС.

Этой температуре соответствует поправка на холодный спай 1mV, тогда показания термопар, с учетом поправки на холодный спай (табл. 3.):

1 – 2,6 + 1 = 3,6mV, что соответствует температуре 88 ºС,

2 – 3,1 + 1 = 4,1 или 100 ºС,

3 – 3,2 +1 = 4,2 mV или 103 ºС,

4 – 2,4 +1 = 3,4 mV или 83 ºС,

5 – 1,9 +1 = 2,9 mV или 72 ºС.

Показания термопары, измеряющей температуру на внутренней поверхности канала

6 – 0,4 +1 = 1,4 mV или 35 ºС.

Находим среднюю температуру на поверхности трубы

ºС.

Следовательно, Ттр = 89,2 ºС или Ттр = 362,2 К, Тст = 35 ºС или 308 К.

Поверхность трубы равна:

Fтр = πdтрl = 3,14·0,06·1,0 = 0,1884 м2.

Внутренняя поверхность канала равна

Fст = (0,54·1,21 + 0,43·1,21)·2 = 2,3474 м2.

Определяем тепловой поток теплообмена излучением между трубой и стенками канала по формуле (3.11), учитывая, что εтр = 0,9 и εст = 0,7

Флуч= Вт.

Мощность нагревателя в трубе:

W = JU = 1,4·84 = 117,6 Вт.

Тепловой поток теплоотдачи конвекцией равен по формуле (3.12)

Фк = 117,6 – 76,569 = 41,031 Вт.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией определяется по формуле (3.13)

αк = Вт/(м2×град).

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи конвекцией трубы, расположенной в бесконечном объеме воздуха при Ттр = 89,2 оС и Твоз = 35 ºС.

Для определения физических характеристик воздуха находим по формуле (3.5)

Тср = = 62,1 ºС.

При этой температуре по табл. 3.2 критерий Прандтля Pr = 0,695; коэффициент кинематической вязкости ν = 19,314·10-6м2/с.

Рассчитываем критерий Gr = , учитывая, что l = dтр = = 0,06 м, β = , q = 9,81 м/с2, = 89,2 – 35 = 54,2 ºС.

Gr = .

Находим произведение

Gr·Pr = 0,112775·107·0,695 = 0,0783·107.

Так как произведение Gr·Pr лежит в пределах 5·10 2 – 2·107, то определяем αк по формуле (3.7)

αк = А2

Значение А2 находим по табл. 3.3. Для воздуха при температуре 35ºС А2 = 1,3405.

Определяем по формуле (3.7)

αк = 1,3405 Вт/(м2×град).

Следовательно, коэффициент теплоотдачи конвекцией горизонтальной трубы диаметром d = 0,06 м при температуре 89,2 ºС и температуре воздуха 35 ºС при теплоотдаче в безграничном объеме воздуха больше, чем в рассмотренном канале в 1,85 раза.

Таблица 3.1

Термо-ЭДС, мВ

Температура

рабочего конца,ºС

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0(-)

0

0,04

0,08

0,12

0,16

0,20

0,23

0,27

0,31

0,35

0(+)

0

0,04

0,08

0,12

0,16

0,20

0,24

0,28

0,32

0,36

10

0,40

0,44

0,48

0,52

0,56

0,60

0,64

0,68

0,72

0,76

20

0,80

0,84

0,88

0,92

0,96

1,00

1,04

1,08

1,12

1,16

30

1,20

1,24

1,28

1,32

1,36

1,41

1,45

1,49

1,53

1,57

40

1,61

1,65

1,69

1,73

1,77

1,82

1,86

1,90

1,94

1,98

50

2,02

2,06

2,10

2,14

2,18

2,23

2,27

2.31

2,35

2,39

60

2,43

2,47

2,51

2,56

2,60

2,64

2,68

2,72

2,77

2,81

70

2,85

2,89

2,93

2,97

3,01

3,06

3,10

3,14

3,18

3,22

80

3,26

3,30

3,34

3,39

3,43

4,47

3,51

3,55

3,60

3,64

90

3,68

3,72

3,76

3,81

3,85

3,89

3,93

3,97

4,02

4,06

100

4,10

4,14

4,18

4,22

4,26

4,31

4,35

4,39

4,43

4,47

Таблица 3.2

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8