Часть 2 Основы теплопередачи

Канал

Рис. 2. Изменение коэффициента теплоотдачи по периметру трубы

Толщина пограничного слоя определяет величину коэффициента теплоотдачи . Наименьшая толщина пограничного слоя имеет место в передней (лобовой) части трубы ( 0), где значение наибольшее. По мере продвижения среды вдоль ее поверхности толщина пограничного слоя увеличивается и достигает максимального

- 121 -

значения почти у экватора ( 90о), что примерно соответствует месту отрыва ламинарного пограничного слоя, при этом принимает наименьшие значения. В кормовой части из-за разрушения пограничного слоя увеличивается. В последующем при обработке опытных

Проведение опытов

1. Включить установку (рис. 3).

2.Установить заданное значение силы тока I и расхода воздуха

Пс помощью трансформаторов 10 и 12, и крана, регулирующего расход воздуха 13.

3.На графике стационарности (рис. 4) через каждые 2 мин наносить показания милливольтметра е до наступления стационарного режима.

4.После наступления стационарного режима, о чем свидетельствует неизменность показаний милливольтметра е в течение 6 мин, а

следовательно, и температурного напора t, в таблицу опытных данных занести показания всех приборов.

1

4

6

5

13

11

8

10

12

а

- 122 -

Примечание. Uэл – напряжение на рабочем участке нагревателя, измеряемое вольтметром 5; e – показания милливольтметра 8, включенного в цепь термопары.

По значениям e из градуировочного графика термопары определить t=tc – tж; П – показания ротаметра 6. По значениям П из градуировочного графика ротаметра находится объемный расход воздуха

мометру; В – барометрическое давление по барометру.

5. По окончании опытов показать графики стационарности и замеренные опытные данные преподавателю. Отключить установку.

Обработка опытных данных

1. После наступления стационарного режима весь тепловой поток, подводимый электронагревателем, определяется по закону

Джоуля-Ленца: Qэл I Uэл , Вт. Этот тепловой поток отводится к

Теплоотдающая поверхность трубки с наружным диаметром d=0,016 м и длиной l =0,165 м составляет F= dl=0,0083 м2; живое сечение канала около трубки S=l(h – d)=0,0056 м2, где h – ширина канала (рис. 3в).

Степень черноты поверхности трубки =0,3; коэффициент объ-

ческой вязкости (м2/с) и теплопроводности , Вт/(м К), в зависимости от температуры определяются по таблице теплофизических свойств воздуха из приложения.

2. Результаты расчетов занести в таблицу обработки опытных данных (табл. 3).

- 124 -

Примечание. В числах подобия Nuжd и Reжd обозначено: индекс «ж» –

- 125 -

- 126 -

Для случая теплоотдачи при поперечном омывании воздухом одиночной горизонтальной трубы (в условиях вынужденного движения) на основании многочисленных опытов установлены следующие зависимости [1, 2, 3]:

Сравнить полученное уравнение подобия (10) с зависимостями (11) и (12), приведенными в [1-3].

Согласно третьей теореме подобия уравнение (10) можно использовать при расчете α для подобных процессов теплоотдачи при вынужденном поперечном омывании одиночной трубы воздухом. Оно справедливо в области изменения определяющих чисел подобия, охваченных в эксперименте. В данной работе таким является число Рейнольдса.

4. Рассчитать систематическую погрешность определения коэффициента теплоотдачи α в опыте. Методика расчета изложена в разделе «Оценка погрешности эксперимента».

Контрольные вопросы

1.Конвективный теплообмен, теплоотдача. Механизм процесса.

2.Закон Ньютона-Рихмана. Коэффициент теплоотдачи , его физический смысл и размерность.

3.Факторы, которые оказывают влияние на интенсивность процесса теплоотдачи.

4.Основные вопросы, которые возникают при постановке экспериментального исследования процессов конвективного теплообмена.

5.Элементы теории подобия. Физический смысл чисел подобия. Теоремы подобия.

6.Особенности процесса теплоотдачи при поперечном омывании трубы. Формирование пограничного слоя, его влияние на интенсивность теплоотдачи.

7.Экспериментальная установка для исследования процесса теплоотдачи при вынужденном поперечном омывании воздухом горизонтальной цилиндрической поверхности – трубы. Методика измерений.

8.Уравнения подобия, описывающие процесс теплоотдачи. Обобщение опытных данных, установление явного вида уравнения подобия.

-127 -

9.Значение теории подобия как теории эксперимента.

10.Какова область применения полученного при обобщении опытных данных уравнения подобия, описывающего процесс теплоотдачи при поперечном омывании трубы?

11.Как влияет скорость движения воздуха на интенсивность процесса теплоотдачи в данных условиях? Как это учтено в уравнении подобия?

12.Источники погрешностей измерения. Виды погрешностей. Методика расчета.

Литература

1.Теплофизические свойства теплоносителей и рабочих тел энерготехнологических процессов и установок: метод. указания /сост.: В.А. Аляев [и др.]. – Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та. 2000. –

64 с.

2.Нащокин, В.В. Техническая термодинамика и теплопередача: учебник / В.В. Нащокин. – М.: Высш. школа, 2008. – 496 с.

3.Исаченко, В.П. Теплопередача: учебник / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. – М.: Энергия, 1981. – 416 с.

4.Практикум по теплопередаче / А.П. Солодов и [др.] – М.: Энергоатомиздат, 1986 – 296 с.

- 128 -