4.2 Определение длины участка тепловой стабилизации
Определение длины участка тепловой стабилизации производится по формуле (2.2)
= 0,07d
Re
Pr
d.
Число Прандтля Pr вычисляют по формуле (2.3) или определяют из справочника по температуре tk для воздуха.
Для вычисления
числа Рейнольдса по формуле (2.1) необходимо
определить среднюю скорость потока
,
которую находим из выражения
:
, (4.11)
где G – массовый расход теплоносителя, кг/с; – средняя скорость теплоносителя.
Так как тепловой поток через внутреннюю поверхность теплообмена в данной работе постоянный, он может быть определен из уравнения теплового баланса для участка трубы:
; (4.12)
так как ,
то
, (4.13)
откуда
. (4.14)
Решая совместно (4.11) и (4.14), получим:
. (4.15)
Среднемассовую температуру потока воздуха на выходе из трубы можно найти путем измерения температуры потока в одной точке, если предусмотреть до места измерения перемешивающее устройство, цель которого состоит в выравнивании температуры по всему сечению трубы. Этим устройством служит диск с отверстиями.
Кроме этого, в месте измерения, а также в месте перемешивания потока должны отсутствовать теплообмены с внешней средой. Для этого в торцах трубы предусмотрены цилиндрические камеры.
Выражение (4.15) запишем в виде:
, (4.16)
где ΔЕ2-1 – термо-ЭДС дифференциальной термопары «выход-вход» воздуха.
Вычислив среднюю скорость потока, находим число Re:
(4.17)
и длину начального теплового участка из выражения (2.2).
4.3 Нахождение зависимости между числами подобия
Принципы подобия применимы не только к геометрическим телам, но и к физическим и тепловым процессам. В данной лабораторной работе можно описать процесс теплообмена критериальными формулами и найти зависимость между числами подобия. Уравнением подобия называют зависимость между каким-либо определяемым числом подобия и определяющими числами подобия.
При конвективном теплообмене уравнение подобия может быть представлено в виде:
Nu∞ = ƒ(Re, Gr, Pr).
Зависимость между числами подобия определяется опытным путем.
В случае вынужденного течения жидкости и при развитом турбулентном режиме свободная конвекция, оцениваемая числом Грасгофа Gr, очень мала в сравнении с вынужденной, поэтому уравнение подобия теплоотдачи упрощается:
Nu = ƒ(Re, Pr). (4.18)
Для некоторых
газов, в том числе и воздуха, величина
Прандтля Pr
в процессе
конвективного теплообмена почти не
изменяется с изменением температуры
(Pr
const).
Поэтому уравнение подобия принимает
более простой вид:
Nu = ƒ(Re), (4.19)
или
Nu ∞ = с Re ⁿ. (4.20)
Задача нашей работы – отыскание величин c и n.
Для этого необходимо:
1. Определить предельные значения коэффициента теплоотдачи α∞ на участке стабилизированного теплообмена (х ≥ ) для каждого опыта по формуле
. (4.21)
2. Найти значения числа Нуссельта:
, (4.22)
где
– теплопроводность жидкости в пограничном
слое потока и числа
для каждого опыта.
3. Определить для каждого опыта скорость движения воздуха в трубе по формуле
.
4. По полученным значениям Nu∞ и Re построить график зависимости Nu∞ = ƒ(Re) в логарифмических координатах. Нахождение постоянных c и n показаны в пункте 6.