Теплотехника (стр. 4 )

Критерий Прандтля и коэффициент кинематической

вязкости воздуха в зависимости от температуры

Т,ºС	Pr	v·10-6, м2/с
0	0,7070	13,3
10	0,7051	14,27
20	0,7032	15,24
30	0,7013	16,21
40	0,6994	17,18
50	0,6975	18,15
60	0,6994	19,12
70	0,6975	20,09
80	0,6918	21,06
90	0,6899	22,12
100	0,688	23,0

Таблица 3.3

Значения коэффициентов А в формуле для определения при свободной конвекции в неограниченном пространстве для воздуха

Температура, ºС	10	20	30	40	50	60	70	80
А1	0,23	0,295	0,298	0,300	0,302	0,304	0,305	0,307
А2	1,39	1,36	1,347	1,334	1,32	1,33	1,3	1,29
А3	1,63	1,57	1,54	1,51	1,48	1,45	1,42	1,39

3.5. Контрольные вопросы

1. Что называется конвективным теплообменом?

2. Какие различают виды конвекции?

3. Какими критериальными уравнениями описывается конвективный теплообмен: вынужденный, свободный?

4. Какие факторы влияют на конвективный теплообмен?

5. Определение коэффициента теплоотдачи. Функцией каких величин является коэффициент тепло­отдачи?

6. Закон Ньютона для конвективного теплообмена.

7. Какими критериями характеризуется конвективный теплообмен?

Лабораторная работа №4

Определение коэффициента излучения и степени черноты твердого тела

Цель работы. Ознакомление с методами экспериментального определения коэффициента излучения твердых тел.

Содержание работы. Определение коэффициента излучения твердого тела методом сравнения.

4.1. Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка (рис. 4.1) состоит из двух цилиндрических излучателей: эталонного 1 и исследуемого 2, диаметр и длина которых одинаковы.

Рис. 4.1. Схема экспериментальной установки.

1 – эталонный излучатель, 2 – исследуемый излучатель, 3 – нагреватель, 4 – автотрансформатор, 5 – амперметр, 6 – вольтметр, 7 – термопары, 8 – потенциометр.

Поверхность эталонного излучателя покрыта сажей (можно чернить любым способом, обеспечивающим макропористое матовое покрытие). Степень черноты поверхности эталонного излучателя принимается равной eЭ = 0,93. Исследуемый излучатель изготовлен из латуни. Его коэффициент излучения и степень черноты e = С/Со определяются в эксперименте. Излучатели нагреваются трубчатыми электронагревателями 3, обеспечивающими равномерную плотность теплового потока по поверхности. Мощность нагревателей регулируется лабораторными автотрансформаторами 4, рассчитывается по показателям амперметров 5 и вольтметров 6. Замер температур поверхностей производится термопарами 7, подключенными к автоматическому электронному потенциометру 8. Температура воздуха измеряется в отдалении от установки ртутным термометром.

4.2. Порядок проведения эксперимента

4.2.1. Включить установку и автоматический потенциометр.

4.2.2. С помощью автотрансформатора установить мощность нагревателя эталонного излучателя.

4.2.3. После достижения стационарного режима эталонного излучателя добиться, регулируя мощность нагревателя исследуемого излучателя, равенство температур на поверхностях обоих излучателей.

4.2.3. Достигнув указанного tэ = t стационарного режима записать показания приборов в таблицу результатов измерений затем перейти на новый температурный режим, изменив мощность нагревателя эталонного излучателя.

№№ опыта	Температура на поверхности излучателей	Ток J1, А	Напряжение U1, В	Мощность нагревателя эталонного излучателя W1=J1*U1	Ток J2, А	Напряжение U2, В	Мощность нагревателя исследуемого излучателя W2=J2*U2	Температура воздуха tокр, ОС
1
2

Радиационный метод определения коэффициентов излучения тел или их степеней черноты основан на сравнении теплоотдачи исследуемого тела с теплоотдачей эталонного тела, коэффициент излучения или степень черноты которого известны.

Тепловые потоки с поверхностей тел описываются формулами:

ФЭ = ФИЗЛ. Э + ФКОНВ. Э = Сэ FЭ +

+ aКЭ (ТЭ –ТОКР)FЭ, (4.1)

ФИ = ФИЗЛ. И + ФКОНВ. И = СИ FИ +

+ aКИ (ТИ – ТОКР)FИ, (4.2)

где ФЭ и ФИ – соответственно тепловые потоки теплоотдачи эталонного и исследуемого тела;

ФИЗЛ. Э и ФИЗЛ..И – соответственно тепловые потоки излучения эталонного и исследуемого тел;

ФКОНВ. Э и ФКОНВ. И – соответственно тепловые потоки конвекции эталонного и исследуемого тел;

СЭ и СИ – соответственно коэффициенты излучения эталонного и исследуемого тел;

ТЭ и ТИ – соответственно температуры на поверхностях эталонного и исследуемого тел, К;

ТОКР – температура окружающей среды, К;

FЭ и FИ – соответственно поверхности эталонного и исследуемого тел;

aКЭ и aКИ – соответственно коэффициенты теплоотдачи конвекцией эталонного и исследуемого тел.

Наиболее удобно проводить сопоставление тепловых потоков с поверхностей эталонного и испытуемого тел, имеющих одинаковую форму и размеры поверхностей (FЭ = FИ = F) и одинаковую температуру на поверхностях (ТЭ = ТИ = Т), т. к. при этом aКЭ и aКИ имеют одинаковые значения и тепловые потоки конвекции ФКОНВ. Э = ФКОНВ. И.

В этом случае

ФЭ – ФИ = ФИЗЛ. Э – ФИЗЛ..И , (4.3)

т. е.

ФЭ – ФИ = СЭF –

– Си F . (4.4)

Следовательно,

ФЭ – ФИ = (СЭ – СИ) F. (4.5)

СИ =СЭ –. (4.6)

Учитывая, что СЭ =eЭСО и СИ =eИСО, уравнение (5) можно записать в виде

ФЭ – ФИ = СО (eЭ – eИ) F. (4.7)

и определить степень черноты испытуемого тела на основании известного значения степени черноты эталона:

eИ =eЭ –, (4.8)

где eЭ и eИ – соответственно степени черноты эталона и исследуемого тела;

Со – коэффициент излучения абсолютно черного тела.

Так как для определения коэффициентов излучения или степеней черноты необходимо иметь значения тепловых потоков ФЭ и ФИ, целесообразно в излучатели поместить нагревательные элементы и определять затрачиваемую мощность нагревателей в эталонном и испытуемом образцах при их одинаковой температуре на поверхностях эталона и испытуемого образца, т. к. при установившемся процессе затрачиваемые мощности в нагревателях равны потокам потерь в окружающую среду, т. е.

ФЭ = UЭJЭ, (4.9)

ФИ = UИJИ, (4.10)

где UЭ и UИ – соответственно напряжения на нагревателях;

JЭ и JИ – соответственно токи в нагревателях.

Следовательно,

СИ =СЭ – . (4.11)

eИ =eЭ – . (4.12)

В лабораторной установке эталонное и испытуемое тела выполнены в виде трубок диаметром 30 и длиной 300 мм. Эталонное тело выполнено из железа, имеющего коэффициент излучения СЭ = 5,27 Вт/(м2 × к4), а испытуемый образец, коэффициент излучения и степень черноты которого необходимо определить, выполнен из латуни.

(Степень черноты eЭ = 0,93).

4.3. Контрольные вопросы

1. На чем основан радиационный метод определения коэффициентов излучения тел или их степеней черноты?

2. Определение коэффициента излучения.

3. Что такое степень черноты?

4. Определение коэффициента теплоотдачи.