Обработка экспериментальных данных. При установившемся тепловом состоянии тепловая энергия электронагревателя через

 

При установившемся тепловом состоянии тепловая энергия электронагревателя через поверхность трубы передается в окружаю-щую среду. Передача теплоты осуществляется лучеиспусканием и конвективным теплообменом при свободном движении воздуха.

1. Вычисляют количество теплоты, переданное электронагрева-телем в окружающую среду (тепловой поток от поверхности трубы), равное мощности электрического тока, расходуемой на исследуемом участке:

,

где    U – напряжение, подаваемое на нагреватель, В;

I – сила тока, А.

2. Вычисляют количество теплоты, переданное от поверхности трубы лучеиспусканием, по формуле

,

где  – степень черноты поверхности трубы ( =0,8);

 – коэффициент  лучеиспускания  абсолютно  черного  тела
( = 5,77), ;

S – поверхность теплообмена, равная поверхности трубы, ;

 – абсолютная температура окружающего воздуха, К;

– абсолютная температура стенки трубы, К; определяется через среднюю температуру стенки: .

3. После определения значения  вычисляют количество теп-лоты, переданное в окружающую среду посредством конвективного теплообмена:

.

4. По известной величине  рассчитывают для всех трех изме-рений, при различных напряжениях на нагревателе, средние значения коэффициента теплоотдачи из уравнения (4.1).

По найденным значениям  строят график α = f (Δ t).

5. Для распространения полученных результатов на другие подобные процессы необходимо расчетные данные обобщить и представить их в виде критериального уравнения (4.7), для этого находят необходимые критерии подобия по формулам (4.4), (4.5), (4.6).

Физические параметры воздуха, входящие в уравнения критериев подобия, берутся из таблицы А.3 Приложения А при средней температуре .

6. Для определения коэффициентов С и n необходимо пролога-рифмировать уравнение (4.7):

.

В логарифмической системе координат это уравнение представляет прямую линию (рисунок 10).

Значение показателя степени n определяется как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс, т.е.

.

Постоянная  находится из соотношения: .

 

 

Рисунок 10 – Зависимость  от

Полученное критериальное уравнение следует сравнить с имею-щимся в литературе:

 при Gr·Pr>2·10⁷;

 при Gr·Pr<2·10⁷.

Результаты обработки экспериментальных данных следует представить в виде таблицы 9 и графиков функциональной зависимости  и .

 

Таблица 9 – Вычисляемые величины

tст ºC

Tв ºC

tср ºC

Q, Вт

Qл, Вт

Qк, Вт

α

Nu

Gr

Lg Nu

lg Gr

С

n

 

Контрольные вопросы

1. Какие виды переноса теплоты участвуют в теплообмене?

2. Понятие температурного градиента и изотермической поверхности.

3. Выведите уравнение теплопроводности в неподвижной среде.

4. В чем причина различного распределения температур по толщинам плоской и цилиндрической стенок?

5. Как определяют количество теплоты, переходящее от более нагретого тела к менее нагретому вследствие теплового излучения?

6. В чем состоит различие между процессами конвекции и теплоотдачи?

7. Что такое тепловое подобие? Приведите критерии теплового подобия, критериальное уравнение теплоотдачи.

8. Охарактеризуйте распределение температур в ламинарном и турбулентном потоках. Что такое тепловой пограничный слой?

9. В чем состоят различия в уравнениях для определения коэффициентов теплоотдачи при вынужденной и естественной конвекции?

10.  Какими методами можно интенсифицировать процесс тепло-отдачи в движущемся потоке (агрегатное состояние теплоносителя не меняется)?