4. Порядок выполнения работы

4.1 Ознакомитесь с приборами и конструкцией установки, проверте наличие льда (снега) в сосуде Дьюра, включите питание и установите рабочий ток потенциометра (см. приложение А).

4.2 Подождите установления стационарного теплового режима, который характеризуется постоянством во времени показания всех приборов. Режим близки к стационарному устанавливается через 15…30 минут после изменения мощности электронагревателя, для поддержания стационарного теплового режима двери и окна помещения следует держать закрытыми.

4.3 Измерьте мощность нагревателя, Э.Д.С. всех термопар и температур воздуха. Время измерения от начала опыта указано в таблице (7.2.).

4.4 Измените мощность нагревателя автотрансформатором и повторите пункты (4.2.) и (4.3.) для четырех значений мощности (тепловых режимов) установки.

4.5 В периоды перехода от одного стационарного теплового режима к другому проведите обработку опытных данных и результаты занесите в таблицу (7.3.).

4.6 После окончания испытаний выключите электронагреватель, питание потенциометра.

4.7 Постройте зависимости коэффициента теплоотдачи от температурного напора, a=f(DТ) и lgNu=f(lgGr). Получите критериальное уравнение для опытных данных.

4.8 Сделайте выводы о характере и причинах изменения коэффициента теплоотдачи, сравните полученную критериальную зависимость с литературными данными и указать способы повышения точности опыта.

0. 5 Обработка и обобщение результатов опыта

Тепловой поток, отданной трубой воздуху при конвективном теплообмене, определяется из равенства:

Ф_k=Ф-Ф_A , (7.4)

где Ф – полный тепловой поток, который выделяется электронагревателем на расчетном участке, т.е. показание ваттметра;

Ф_A - тепловой поток, переданный излучением от поверхности трубы.

По уравнению Стефана-Больцмана:

, (7.5)

где _n–приведенная степень черноты системы тел трубы - окружающие предметы. В данном случае _n=0,8;

C₀ -коэффициент излучения абсолютно черного тела C₀=5,67 Вт/(м²·К⁴ );

А-излучающая поверхность расчетного участка трубы, м²; А=pd1; d=60мм; l=500мм;

Т_с и Т_в - абсолютные температуры поверхности стальной трубы и окружающих тел, К;

Т_с=t_c+273; Т_в=t_в+273,

где t_c– определяется по среднему за опыт значению э.д.с. термопар из приложения Б;

t_в - принимается равной температуре воздуха в помещении.

Коэффициент теплоотдачи горизонтальной трубы при свободном движении воздуха вычисляется по формуле:

(7.6)

Относительная погрешность в определении коэффициента теплоотдачи находится по уравнению:

(7.7)

где ∆Ф, ∆d, ∆l, ∆t - абсолютные погрешности измерений соответствующих величин (см. введение).

Для обобщения результатов опыта необходимо получить критериальное уравнение, которое для газов имеет вид:

Nu=С·(Gr)ⁿ, (7.8)

где C и n - постоянные, определяемые из экспериментальных данных. Для расчета критериев подобия Nu, Gr из приложения В по определяющей температуре t_оп выбирается значения λ, γ, Pr.

t_оп=0,5∙(t_с+t_в) (7.9)

Коэффициент объемного расширения воздуха и газов принимается:

β=1/T_опр. (7.10)

Для каждого опыта по формулам (7.3) определяются критерий Нуссельта и Грасгофа, затем подставляем в уравнение (7.8). Если зависимость (7.8) прологарифмировать, то получим:

lgNu=n·lgGr+lgC. (7.11)

Это уравнение прямой вида y=nx+A. Поэтому общая экспериментальная зависимость будет прямая в осях координат lgGr, lg Nu.

Тангенс угла наклона этой линии к оси будет равен показателю:

. (7.12)

Итак, в координатах lgNu и lgGr наносятся экспериментальные точки. Проводится прямая так, чтобы она близко располагалась к экспериментальным точкам и точки располагались по обе стороны от нее равномерно.

Рисунок 7.2 Обобщение опытных данных.

Определяют n по отношению (7.11). Постоянная определяется по координатам любой точки на обобщающей прямой. Для этой точки определяют постоянную С поставив в уравнение (7.8). Полученную критериальную зависимость занести в таблицу (7.3).