1 Цель работы
Изучить понятие и сущность коэффициента теплопередачи, структуру полного термического сопротивления и влияние различных факторов на интенсивность теплопередачи.
Получить экспериментальную зависимость коэффициента теплопередачи от скорости движения воздуха.
2 Общие сведения
Передача теплоты от одной подвижной среды к другой через разделяющую их твердую стенку называется теплопередачей.
Теплопередача - сложный процесс, включающий в себя теплоотдачу от горячей среды к стенке и от стенки к холодной среде. Здесь и далее под жидкостью понимается любая подвижная среда (газ, пар, жидкость, движущийся сыпучий материал). Рассмотрим процесс теплопередачи через плоскую однослойную стенку толщиной δ с теплопроводностью λ, в установившемся тепловом режиме (рисунок 8.1). Через эту стенку передаётся тепловой поток Ф (Вт) от горячей жидкости с температурой Т1 - холодной – с температурой Т2:
Ф=К·А·∆Т, (8.1)
где К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К);
А - поверхность стенки, м2;
∆T - температурный напор, К (0С); ∆T=Т1-Т2=t1-t2.
|
Рисунок 8.1 Изменение температуры в процессе теплопередачи.
|
Коэффициент теплопередачи равен количеству теплоты, передаваемой через единицу площади перегородки от одной подвижной среды к другой за единицу времени, при разнице температур в один градус.
Величина обратная коэффициенту теплопередачи, называется полным термическим сопротивлением или термическим сопротивление теплопередачи R.
Для однослойной плоской стенки:
(8.2)
где α1 и α2 - коэффициенты теплоотдачи, от горящей среды к стенке и от стенки к холодной среде, Вт/( м2·К);
1/α1 и 1/α2 - термическое сопротивление теплоотдачи Rα1 и Rα2;
δ/λ - термическое сопротивление теплопроводности - Rλ.
В
некоторых случаях термическое
сопротивление
значительно (в сотни раз) отличаются
друг от друга. Тогда R
(следовательно и К)
определяется наибольшим термическим
сопротивлением, а другие составляющие
играют малозаметную роль.
Например. Рассмотрим теплопередачу через стальную стенку толщиной 2 мм от газов к кипящей воде, если коэффициенты имеют следующие значения:
теплоотдача от газов к стенке α1=25 Вт/(м2∙К);
теплопроводность стальной стенки λ=50 Вт/(м·К);
теплоотдача от стенки к кипящей воде α1=2000 Вт/(м2∙К);
получаем: Rα1=1/ α1=0,04 (м2∙К)/Вт; Rα2=1/ α2=0,0005 (м2∙К)/Вт;
Rλ= δ/λ=0,002/50=0,00004 (м2∙К)/Вт;
R=Rα1+Rλ+Rα2=0,04+0,00004+0,0005=0,0405 м2;
К=1/0,0405=24,67 Вт/(м2∙К).
В этом примере К=24,67≈ α1=25 Вт/(м2∙К). Следовательно без большой погрешности величинами Rα2 и Rλ можно пренебречь и принять К= α1.
3 Описание установки
Установка (рисунок 8.2) состоит из теплообменника, вентилятора и измерительных приборов. Теплообменник состоит из стальной трубы 4, кожуха 5, заполненного дистиллированной водой. В нижней части кожуха 5 в водяном объеме смонтированы электронагреватель 9, с помощью которого вода доводиться до температуры кипения, около 1000С.
Рисунок 8.2 Схема установки: 1-вентелятор; 2-заслонка; 3-термометры; 4-внутренняя трубка; 5-кожух; 6-термоизолирующая вставка; 7-дифферинциальный манометр; 8-диафрагма; 9-нагреватель.
По внутренней трубе 4, обогреваемой кипящей водой, вентилятором 1 продувается воздух. Температура воздуха на входе и выходе из обогреваемого участка и температура кипящей воды в кожухе измеряются термометрами 3. На входе в трубу 4 установлена диафрагма 8, которая вызывает падение давления ∆ρ, измеряемое дифференциальным водяным манометром 7. Это падение давления пропорционально скорости и расходу воздуха, регулируется заслонкой 2, установленной на другом конце трубы.