Методика выполнения работы

Количество теплоты, выделенное нагревателем определяют по формуле

Q = 0,86∙I∙U, (28)

где: U – напряжение на зажимах нагревателя, В;

I – сила тока в цепи, А.

Вся теплота, подведенная к цилиндру, передается в окружающую среду конвекцией и излучением:

Q = Q_к + Q_л

Для определения коэффициента теплоотдачи при конвекции необходимо выделить часть теплоты, переданную конвекцией:

Q_к = Q – Q_л (29)

Количество теплоты, переданное излучением, определяют по формуле Стефана-Больцмана:

(30)

где: F₁ – площадь наружной поверхности трубы, м²;

T_ст – средняя температура поверхности трубы, К;

T_к – средняя температура кожуха, К;

ɛ_пр – приведенная степень черноты стенки трубы и кожуха, определяемая по формуле:

(31)

где: ɛ₁ – степень черноты поверхности трубы (ɛ₁ = 0.88);

ɛ₂ - степень черноты поверхности кожуха (ɛ₂ = 0.96);

F₂ – площадь поверхности кожуха, м^2.

Средний коэффициент теплоотдачи определяется по формуле Ньютона-Рихмана:

(32)

где: t_ст – средняя температура стенки цилиндра, ⁰ С;

t_к – средняя температура внутри кожуха, ⁰ С.

Описание установки

Лабораторная установка состоит из металлического цилиндра 1, внутри которого установлен нагреватель 2. Для измерения мощности теплового потока в электрическую цепь включен амперметр и вольтметр, для изменения нагрузки – ЛАТР. Температура на поверхности трубы измеряется с помощью двенадцати термопар, показания которых выводятся на потенциометр 4. Для того чтобы избежать влияния окружающей среды на протекание конвективного теплообмена, вертикальный цилиндр помещают внутрь кожуха 3, выполненного из плексигласа.

Порядок выполнения работы

После включения нагревателя на заданную преподавателем мощность дожидаются установления стационарного режима, о наступлении которого судят по постоянству температур, которые измеряются потенциометром, затем снимают показания вольтметра и амперметра.

Результаты измерений заносят в таблицу.

Температуру воздуха t_к⁰С принимают равной температуре окружающего воздуха.

N, п/п	U, B	I, A	Значения температур, 0С													tк, 0C	α, Вт/(м2 К)
			1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	tср

Обработка результатов

Находят средние значения температур стенки трубы и кожуха. По формулам (28) – (32) определяют среднее значение коэффициента теплоотдачи. По распределению температур на поверхности цилиндра от нижнего его конца строят график зависимости изменения температуры от высоты цилиндра.

Для того чтобы данные, полученные в результате опыта, распространить на другие подобные процессы, необходимо обобщить их на основании теории подобия и представить в виде зависимости между критериями подобия.

Численные значения критериев Нуссельта, Грасгофа и Прандтля определяют для каждого температурного режима и наносят на график в логарифмическом масштабе. Через нанесенные точки проводят прямую линию. Уравнение этой прямой имеет вид:

Nu = c∙(Gr Pr)ⁿ

Постоянную n определяют тангенсом угла наклона прямой к оси абсцисс, а постоянную с находят из соотношения для любой точки прямой

Полученное уравнение справедливо для подобных явлений в интервале 10³ <(Gг Pг) <10⁸.