3.7 Обработка опытных данных
При установившемся тепловом состоянии тепловая энергия электронагревателя через поверхность трубы передается в окружающую среду. Передача теплоты осуществляется лучеиспусканием и конвективным теплообменом при свободном движении воздуха.
3.7.1 Вычисляют количество теплоты, переданное электронагревателем 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.
3.7.2 Вычисляют количество теплоты, переданное от поверхности трубы лучеиспусканием по формуле:
,
где
– степень черноты поверхности трубы
(
=0,8);
– коэффициент
лучеиспускания абсолютно черного
тела
(
=
5,77), Вт/м2∙град;
S – поверхность теплообмена, равная поверхности трубы, м2;
– абсолютная
температура окружающего воздуха, К;
– абсолютная
температура стенки трубы, К; определяется
через среднюю температуру стенки:
.
3.7.3 После определения
значения
вычисляют количество теплоты, переданное
в окружающую среду посредством
конвективного теплообмена:
.
3.7.4 По известной
величине
рассчитывают для всех трех измерений,
при различных напряжениях на нагревателе,
средние значения коэффициента теплоотдачи
из уравнения (3.1).
По найденным значениям строят график α = f (Δt).
3.7.5 Для распространения полученных результатов на другие подобные процессы необходимо расчетные данные обобщить и представить их в виде критериального уравнения (3.7), для этого находят необходимые критерии подобия по формулам (3.4), (3.5), (3.6).
Физические параметры воздуха, входящие в уравнения критериев подобия, берутся из таблицы Приложения Г при средней температуре = 0,5 (tст+ tв).
3.7.6 Для определения коэффициентов С и n необходимо прологарифмировать уравнение 3.7:
В логарифмической системе координат это уравнение представляет прямую линию (рисунок 3.2).
Значение показателя степени n определяется как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс, т.е.
.
Постоянная
находится из соотношения:
.
Полученное критериальное уравнение следует сравнить с имеющимся в литературе:
Nu = 0,135 (Gr·Pr)0,333 при Gr·Pr > 2·107;
Nu = 0,54 (Gr·Pr)0,25 при Gr·Pr< 2·107.
Результаты обработки
экспериментальных данных следует
представить в виде таблицы 3.2 и графиков
функциональной зависимости
и
.
Таблица 3.2 – Вычисляемые величины
tстºC |
TвºC |
tсрºC |
Q, Вт |
Qл, Вт |
Qк, Вт |
α |
Nu |
Gr |
Lg Nu |
lg Gr |
С |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 3.2 –
Зависимость
от
3.8 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 теплоотдачи в движущемся потоке (агрегатное состояние теплоносителя не меняется)?