Методика выполнения работы
Так как аналитическое определение α возможно только в редких случаях, то используют критериальные уравнения. В них обобщены обширные экспериментальные данные.
Расчетное значение α находят по одной из известных критериальных зависимостей, предложенной академиком М.А.Михеевым:
где: d – определяющий размер, в качестве которого для горизонтальных труб принимается наружный диаметр, м;
λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя, Вт/(м2∙град);
Nu – число Нуссельта, характеризующее интенсивность теплообмена на границе: твердое тело – жидкость, безразмерная величина.
Для горизонтальных труб критериальное уравнение теплообмена при 103<(Gr Pr)<108 имеет вид:
где: Gr – число Грасгофа, которое является мерой отношения подъемной силы, возникающей вследствие разности плотностей жидкости, к силе вязкого трения, безразмерная величина;
Pr – число Прандтля, характеризующее собой механизм и способность распространения теплоты в жидкости и зависящее от физических свойств жидкости. Для идеальных газов Pr зависит только от атомности газа, безразмерная величина.
Применительно к воздуху или другому двухатомному газу приведенная формула упрощается, т.к. Рrж = 0,71 и, следовательно, Prж/Prст=1.
Таким образом: Nu = 0,5∙(Gr Pr) 0,25
В конечном итоге: Nu = 0,46∙Gr 0,25,
где число Грасгофа определяется по формуле:
где: v – кинематическая вязкость жидкости, м2/с;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
β – температурный коэффициент объемного расширения жидкости.
Значения β, v, Рr выбирают из таблиц физических свойств воздуха [6], [8], [11].
Описание установки
Установка состоит из электропечи 1, в которую частью длины помещены стальной и латунный стержни 2 диаметром 0,03 м. Для определения температуры по длине стержней на равных расстояниях (0,075 м) установлено по пять термопар 3 на каждом стержне, которые соединены с потенциометром 4. Номера термопар на стержнях соответствуют номерам на барабане потенциометра. Для измерения температуры окружающей среды используется ртутный термометр.
Порядок выполнения работы
Включают электропечь на заданную преподавателем мощность. Ступенчатый регулятор мощности находится в корпусе печи (включение контролируется индикаторной лампой). Замеряют температуру окружающей среды. Поскольку инерционность нагрева печи довольно высока, следует значительное время (20-30 мин) дожидаться установления стационарного режима, при котором показания потенциометра перестанут изменяться. После чего производят измерения температур в пяти точках каждого стержня. По возможности, измерения проводят одновременно во всех точках (то есть за один оборот 12-позиционного барабана потенциометра) несколько раз с интервалом 5 мин. Для расчета принимают средние значения. Результаты замеров заносят в таблицу.
П р и м е ч а н и е. Температура в основании стержня t1 не должна превышать 2500С.
N, п/п |
Температура в точках стержня t, 0С |
Коэффициент теплоотдачи α, Вт/м2 К |
||||||||||
Латунный стержень |
Стальной стержень |
|||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
αлат |
αст |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Среднее значение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура окружающего воздуха tв =