Книги по разным темам
Pages: | 1 | ... | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ... | 7 | Таблиця 4.Дан вимрв № Струм Температура в точках, оС Напруга U, В пп I, А т.1 т.2 т.3 т.4 т.5 т.6 т.7 т.Псля завершення вимрв ручка регулятора трансформатора виводиться на нуль. Тумблер "ВКЛ - 1" переводиться в нижн положення, установка вдключаться вд электромереж. Переривником знеструмлються электромережа. Псля вдключення электромереж закриваться вентиль 7 уся вода з установки вдводиться через зливальний колектор.
5. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТВ ЕКСПЕРИМЕНТУ Кльксть теплоти, що видляться електричним нагрвачем Q = U I, Вт (4.3) Середня температура на поверхн зразкв, що обгрваються t1 + t + t tв = (4.4) t5 + t6 + t tв =. (4.5) Перепад температури по товщин зразкв tв = tв - t, (4.6) tн = tн - t5. (4.7) Коефцнт теплопровдност дослджуваного матералу дорвню Q =, (4.8) tв tн + F Sв Sн де F - площа поверхн одного зразка, м2, F = d2 4;
Sв Sн - товщина зразкв, м.
Аналогчно проводиться обробка результатв для другого третього дослду. Псля цього будуться графк залежност = f(t).
6. ЗВТ ПРО РОБОТУ Звт про роботу повинний включати:
- назва цль роботи;
- схему експериментально установки;
- результати вимрв;
- розрахункову частину;
- висновки.
7. КОНТРОЛЬН ПИТАННЯ 7.1. Назвть характерн ознаки стацонарност процесу теплопередач.
7.2. Що характеризу собою коефцнт теплопровдност Розмрнсть коефцнта теплопровдност.
7.3. Порядок проведення експерименту.
7.4. Опис лабораторно установки.
7.5. Як розподляться температура в пластин при СТС ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФЦкНТА ТЕПЛОВДДАЧ ВЛЬНОп КОНВЕКЦп 1. МЕТА РОБОТИ 1. Визначення коефцнта тепловддач конвекцю при вльному рус повтря, що рухаться уздовж нагрто горизонтально труби.
2. Встановлення залежност коефцнта тепловддач вд температурного напору.
2. ТЕОРЕТИЧН ВДОМОСТ Поняття конвекц охоплю процес теплообмну при рус рдини або газу. Пд конвекцю розумють перенесення теплоти при перемщенн макрообсягв рдини або газу в простор з област з одню температурою в область з ншою. Перенесення теплоти нерозривно повТязано з переносом маси, тому конвекця можлива тльки в текучому середовищ.
Теплообмн мж потоком рдини чи газу поверхнею тла зветься конвекцйною тепловддачею.
Умови виникнення та характер руху рдини впливають на процес теплообмну. Рух рдини або газу, обумовлений силами, що виникають у самому середовищ, приводить до виникнення вльно (природно) конвекц.
Рух, обумовлений силами, прикладеними ззовн - до змушеного (штучно) конвекц.
Наприклад, якщо рух викликають пдйомн сили, що виникають через рзницю щльност у рзних частинах середовища з рзними температурами, то такий рух рдини чи газу зветься вльним. Змушений рух середовища виника пд дю зовншнх сил - ексгаустера, вентилятора, димаря т. н.
Для визначення коефцнта тепловддач конвекцю застосовуються методи стацонарного теплового потоку або регулярного теплового режиму.
У метод стацонарного теплового потоку використовуться закон Ньютона - Рхмана, записаний для елемента поверхн dF:
dQ = (tс - dF, (5.1) tп) dQ вдкля: =. (5.2) dF (tc - tп ) Тут tс - температура середовища, що вдда теплоту, С, tп - температура поверхн, що сприйма теплоту, С.
Якщо ус величини, що входять у це рвняння, вднесен до елементу поверхн тла d, то з виразу 52 можливе визначення мсцевого коефцнта тепловддач. Середн значення коефцнта тепловддач може бути знайдене або з залежност (1 спосб):
= dF, (5.3) F F де - локальний коефцнт тепловддач конвекцю, Вт/(м2 К);
або по рвнянню (2 спосб):
Q q q = = =, (5.4) (tс - tп ) F tс - tп t де q - середня щльнсть теплового потоку, Вт/м2;
t - середнй температурний напр мж поверхнею теплообмну середовищем, С.
3. ОПИС ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОп УСТАНОВКИ Експериментальна установка (рис. 5.1) складаться з горизонтально труби 1, (довжина робочо длянки труби L = 1,07 м, даметр - 0,036 м), всередин яко знаходиться нагрвальний елемент 2. Торци труби теплозольован пробками 3. На поверхн труби встановлен п'ять термопар, що пдключаються за допомогою перемикача 4 до млвольтметра 5, який вдобража значення температур. Живлення установки здйснються через лабораторний автотрансформатор (ЛАТР) 6. За допомогою ЛАТРу регулються потужнсть установки. Значення споживано потужност визначаться за допомогою амперметра та вольтметра.
Рис. 5.1. Схема експериментально установки 4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛДЖЕННЯ Установка включаться в електричну мережу тумблером. За допомогою ЛАТРу встановлються напруга близько 210 В (за показниками вольтметра). Псля досягнення стацонарного теплового стану (СТС) роблять вимр температури стнки труби, послдовно пдключаючи термопари перемикачем 4 до млвольтметра 5. Про наступ СТС судять по стаблзац температури труби. Отриман значення температури заносяться в таблицю спостережень (табл.. 5.1).
Таблиця 5.Дан вимрв № U, I, tпов, Температура труби, С п/п B A С t1 t2 t3 t4 tУ таблицю заносяться також значення напруги, сили струму та температури навколишнього середовища - повтря. Аналогчним образом проводяться вимри для напруг 140 В та 110 В.
5. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТВ ЕКСПЕРИМЕНТУ Для кожного експерименту визначаться середня температура стнки труби за показниками п'ятьох термопар:
t1+ t2 + t3 + t4 + t5.
t = (5.5) Розраховуться потужнсть видлювана нагрвачем:
N = U I. (5.6) Тому що в стацонарному стан наступа рвновага мж споживаною електричною потужнстю передачею теплоти в навколишн середовище, можна записати:
N = +, (5.7) Qвипр Qконв де: Qвипр - тепловий потк, що передаться випромнюванням з поверхн труби в навколишн середовище, Вт;
Qконв - тепловий потк, що передаться конвекцю з поверхн труби в навколишн середовище, Вт.
Кльксть теплоти, що передаться випромнюванням, визначаться за законом Стефана-Больцмана:
= С0 F [(T /100)4 - (Тпов /100)4], (5.8) Qвипр де Со = 5,67 Вт/(м2 К4) - коефцнт випромнювання абсолютно чорного тла;
= 0,24 - ступнь чорноти труби;
F - площа зовншньо поверхн труби, м2;
Т = t + 273 - абсолютна температура стнки труби, К;
= T tпов + 273 - абсолютна температура повтря, К.
пов Кльксть теплоти, що передаться конвекцю, дорвню = N. (5.9) Qконв - Qвипр Середнй коефцнт тепловддач конвекцю розраховуться по формул Qконв =, (5.10) t F t = t - tпов де - перепад температури мж стнкою труби навколишнм середовищем, С.
По отриманим даним будуться графк залежност коефцнта тепловддач конвекцю вд перепаду температур t.
6. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТВ ДОСЛДВ ЗА ДОПОМОГОЮ ТЕОРп ПОДОБИ Теплообмн при вльнй конвекц описуться рвнянням, записаним у критеральному вигляд:
Nu = С (Gr Pr)n, (5.11) де: Nu = d / - критерй Нуссельта;
Gr = g t / d3 2 - критерй Грасгофа;
Pr = / a - критерй Прандтля;
C, n - емпричн коефцнти;
d - лнйний розмр тла, м2;
- коефцнт теплопровдност газу, Вт/(м С);
- коефцнт об'много розширення, = 1 / (273 + t), 1/С;
t = t - tпов Цперепад температур, С;
t - температура прикордонного шару бля стнки труби, t = 0,5 (tст + tпов), С ;
а - коефцнт температуропровдност газу, м2/сек;
- коефцнт кнематично в'язкост газу, м2/сек;
g = 9,81 м/с2 - прискорення сили ваги.
Значення величин, а, для повтря, у залежност вд температури, наведен в таблиц 5.2.
Таблиця 5.Залежнсть теплофзичних властивостей повтря вд температури Параметр Температура, С 0 20 40 60 100 2,44 2,59 2,76 2,90 3,21 3,102, Вт/(мК) 13,28 15,06 16,96 18,97 23,13 34,106, м2/сек 18,8 21,4 24,3 27,2 33,6 51,а106, м2/сек Для кожного окремого дослдження розраховуються критер, а також хн логарифмчн функц. Результати вносяться в таблицю 5.3.
Таблиця 5.Розрахунков значення критерв хн логарифмчн функц № Nu Gr Pr GrPr lgNu lg(GrPr) з/п Потм будуться графк залежност lg(Nu) = f{ lg (Gr Pr) }, що повинен мати вигляд практично лнйно залежност.
За допомогою отриманого графка визначаються величини lgC и tg.
Потм визначаються шукан параметри С и n. (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Графчне визначення значень параметрв С и n 7. ОЦНКА ПОГРШНОСТ ВИМРЮВАНЬ Вдносна гранична помилка вимрв коефцнта тепловддач визначаться з формули:
U I + d L tC tб + +, (5.12) E = = + + U I tC - tб d L де - абсолютн значення максимально погршност вимрв окремих величин.
Абсолютна допустима погршнсть показань вимрювального прибору дорвню:
k X N = , (5.13) де k - клас точност прибору;
XN - верхня межа вимру прибору.
Гранична погршнсть градуювання термопар t = 1 C.
Погршнсть вимрв даметру труби штангенциркулем d = 0,01 мм.
Довжина труби визначаться з погршнстю L = 1,0 мм.
Остаточне значення коефцнта тепловддач представляться у вигляд:
= ( ), Вт/(м2 С), E =.... %.
8. ЗВТ Звт про роботу повинен включати:
- назву та мета роботи;
- основн теоретичн положення та опис роботи;
- схему експериментально установки;
- таблиц спостережень та розрахункв;
- розрахункову частину;
- виводи.
9. КОНТРОЛЬН ПИТАННЯ 9.1. З яких елементв складаться експериментальна установка 9.2. Яким законом описуться конвекцйний теплообмн 9.3. Як визначаються значення параметрв С и n 9.4. Чим вдрзняються вльна конвекця вд змушено 9.5. На що витрачаться електрична потужнсть, яка споживаться установкою 9.6. Чому дорвню потужнсть нагрвача 9.7. По якому параметру судять про наступ стацонарного теплового стану 9.8. Пд дю чого виника змушений рух середовища 9.9. Пд дю чого виника вльний рух середовища ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № ВИВЧЕННЯ КОЕФЦкНТА ТЕПЛОВДДАЧ ЗМУШЕНОп КОНВЕКЦп 1. МЕТА РОБОТИ 1. Визначити коефцнт тепловддач конвекцю при змушеному рус повтря у цилндричнй труб.
2. Встановити залежнсть коефцнта тепловддач конвекцю вд швидкост повтряного потоку.
3. Визначити коефцнти у критеральному рвнянн для випадку змушено конвекц в трубах.
2. ТЕОРЕТИЧН ПОЛОЖЕННЯ У теплотехнчних агрегатах часто зустрчаться випадок теплообмну мж двома середовищами, що рухаються, роздлених металевою стнкою.
Як правило, процес передач теплоти в такй систем складаться з наступних етапв:
- конвективна тепловддача вд тепловддаючого середовища до поверхн стнки;
- передача тепла теплопровднстю через стнку;
- конвективна тепловддача вд поверхн стнки до теплосприймаючого середовища.
У стацонарному тепловому режим процес передач теплоти вд одного середовища до ншого описуться вдомою формулою t1- tQ = F, Вт, (6.1) 1/ s / +1/ 1+ де Q - кльксть теплоти, що передана, Вт;
t1 - температура середовища, що вдда теплоту, С;
t2 - температура середовища, що одержу теплоту, С;
1 - коефцнт тепловддач конвекцю вд середовища з температурою tдо поверхн стнки, Вт/(м2К);
s - товщина стнки, м;
- коефцнт теплопровдност матералу стнки, Вт/(мК);
2 - коефцнт тепловддач конвекцю вд поверхн стнки до середовища з температурою t2, Вт/(м2К);
F - середня поверхня теплообмну, м2.
Методика проведення дано роботи заснована на наступнй умов.
Якщо один з коефцнтв тепловддач, наприклад 1, значно бльше ншого - 2, а тепловий опр розподльно стнки (s/) малий, то знаменник виразу (6.1) приблизно дорвню 1 s + + 2, 1 а саму формулу (6.1) можна записати у вид, аналогчному запис закону Ньютона-Рхмана для конвекц Q 2 (t1 - F. (6.2) t2) Вдомо, що коефцнт конвективно тепловддач в киплячй рдин склада ж 2400Е4000 Вт/(м2К), у той час як коефцнт тепловддач у газовому середовищ дорвню г 20Е40 Вт/(м2К). Тепловий опр сталево стнки звичайно s/ 0,0004Е0,0002 (м2К)/Вт. Тому дана умова легко виконуться для теплообмнника в якй середовищем, що гр, рдина, а середовищем, що нагрваться - повтря. Таким чином, визначаючи кльксть теплоти, що передана в рдинному теплообмннику, вимривши температуру рдини та повтря, з рвняння (6.2) знаходять значення коефцнта тепловддач конвекцю 2.
В нженернй практиц експериментальн дан узагальнюють, використовуючи теорю подбност. Для випадку змушено конвекц використовують наступне рвняння, записане у критеральному вигляд Nu = A Ren Prm, (6.3) де Nu = d - критерй Нуссельта, до якого входять коефцнт теплообмну конвекцю, розмр, що визнача d та коефцнт теплопровдност газу ;
Re = w d - критерй Рейнольдса, до якого входять швидксть повтря w, розмр, що визнача d та коефцнт кнематично в'язкост ;
Pr = a = c - критерй Прандтля, до якого входять коефцнт кнематично в'язкост, густина, тепломнсть С та коефцнт теплопровдност газу ;
A, n, m - коефцнти, що визначають з дослдв.
3. ОПИС ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОп УСТАНОВКИ Експериментальна установка (рис. 6.1) складаться з вентилятора 1, розташованого поза лабораторю, коркового крана 2, для регулювання витрати повтря через теплообмнник, лчильника витрати повтря 3 та власне теплообмнного агрегату 4. Останнй представля з себе герметичну мнсть з водою, що нагрваться електричним нагрвачем 6 до кипння. Для виходу пари, що утворються, передбачений сапун 5. На ос теплообмнника розмщена сталева труба у якй рухаться повтря. Довжина робочо длянки труби L = 500 мм, внутршнй даметр Dвн = 15 мм, зовншнй даметр Dнар =21 мм.
Рис. 6.1. Схема експериментально установки Температура кипння води, а також температури повтря на вход та виход з труби вимрюються за допомогою ртутних термометрв 7. Пдтримка повльного кипння води в теплообмннику здйснються за допомогою електронного блоку 8, який регулю потужнсть, що споживаться.
4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛДЖЕННЯ Переврити наявнсть води у теплообмннику.
Увмкнути подачу електроживлення на установку за допомогою тумблера, що розташовано на правому боц лабораторного столу.
Розгрти установку до робочо температури. Про готовнсть установки до досвду свдчить вихд пари з сапуна, температура води у теплообмннику склада близько 100 С.
Ввмкнути вентилятор (включаться за допомогою настнного автомата) цлком вдкрити корковий кран.
Pages: | 1 | ... | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ... | 7 | Книги по разным темам