6.3. Описание опытной установки

Опытная установка (Рис.6.1 [6]) представляет собой горизонталь­ную медную трубу 1, внутри которой вмонтирован электрический на­греватель 2. На поверхности трубы запаяны шесть термопар 4, под­ключенных к электронному измерителю температуры 13 (потенциометру). Торцы опытной трубы защищены тепловой изоляцией, а пространство между трубой и нагревателем заполнено песком. Все холодные спаи термопар помещены в сосуд 10, где находится масло с постоянной температурой.

При установившемся режиме весь тепловой поток от нагревателя передается через стенки трубы к окружающему воздуху. Вследствие нагревания тру­бы около ее поверхности возникает свободная конвекция. Мощность электронагревателя измеряется ваттметром или для определения мощности достаточно также измерять напряже­ние и силу тока в спирали.

6.4. Проведение испытания

Перед проведением испытания следует ознакомиться с установкой и измерительными приборами и составить схему установки. После включения электрической спирали необхо­димо дождаться наступления установившегося (стационарного) режима, характеризующегося стабильностью показаний потенциометра во всех точках. После установления стацио­нарного режима приступают к опыту. Во время опыта записываются показания потенциометра последовательно для всех, термопар и показания ваттметра или заменяющих его ам­перметра 6 и вольтметра 5.

Рис. 6.1 Схема установки: 1 – горизонтальная труба; 2 – нагревательный элемент; 3 – заполнитель песок; 4 - горячие спаи термопар №1-6; 5 - вольтметр; 6 - амперметр; 7 - ЛАТР; 8 - холодные спаи термопар; 9 - термометр для замера температуры холодных спаев; 10 – сосуд Дьюара; 11 – компенсационные провода; 12 – переключатель термопар; 13 – электронный измеритель температуры; 14 – термометр для замера температуры окружающей среды.

Отмечается также показание термометра 14, измеряющего температуру окружающего воздуха на достаточном удалении от трубы, и температура холодных спаев. В процессе испытания проводятся несколько опытов для разных режимов. Каж­дый режим характеризуется определенным значением напря­жения, устанавливаемого посредством трансформатора и кон­тролируемого вольтметром. В опыте делается несколько замеров через 4—5 минут. Результаты наблюдений заносятся в одну таблицу. Для каждого опыта результаты усредняются. По среднему показанию потенциометра в каждой точке установки термопары может быть определена средняя температура стенки трубы:

, ⁰С (6.12)

где t_Тi – показания термопар по милливольтметру

Ес­ли холодные спаи не погруже­ны в тающий лед, а находятся на воздухе, показания потен­циометра соответствуют разно­сти температур стенки и поме­щения. Поэтому по показани­ям измерителя 13 удобно оп­ределять разность температур и затем найти температуру стенки трубы. Если зависимость между температурами и соответствующими ТЭДС линейна, допустимо среднюю температуру стенки трубы определяют по среднему значению ТЭДС для трубы.

6.5. Обработка опытных данных в обычном виде

6.5.1. Находим общий тепловой поток Ф от трубы к воздуху по формуле 6.7.

6.5.2. Определяем среднюю температуру стенки трубы t_cp по формуле 6.12

6.5.3. По формуле 6.3. определяем разность температур Δt, под действием которой происходит теплообмен

6.5.4. Определяем коэффициент теплообмена α по формуле 6.4. Площадь поверхности теплообмена F берем из паспорта установки.