Обработка экспериментальных данных
I. Выполнить пункты с 1 по 14 по обработке экспериментальных данных работы № 2 (стр. 14) с учетом, что в данном случае определяющий размер l=lP.
2. Сравнять полученную формулу с формулой, рекомендуемой для вертикальной стенки
при
при
Контрольные вопросы.
1. Что является движущей силой при свободной конвекции?
2. Какая разница в пограничных слоях при обтекании горизонтальной трубы и при обтекании вертикальных стенок?
3. Как влияет высота стенки на средний коэффициент теплоотдачи вертикальной стенки?
4. Какой вид критериального уравнения для расчета коэффициента теплоотдачи вертикальной стенки?
5. Какой размер выбирается в качестве определяющего в критериях?
6. Какую температуру называют определяющей и на что она влияет?
7. Влияет ли положение стенки на коэффициент теплоотдачи?
8. Зависит ли конвективный коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции от диаметра теплоотдающего цилиндра?
Литература: 1, с. 152-160, с. 177-179, с.231, с.238; 3, с.406-414, с.345-346; 4, с.348-349, с.354-361, с.З88-391; 9, с.314-317, с.327-341, с.393-397.
Лабораторная работа 4
Определение коэффициента теплопроводности и температуропроводности твердых тел методом регулярного режима.
Цель работа: Закрепление теоретического материала по нестационарной теплопроводности курса теплопередачи путем экспериментального определения коэффициентов теплопроводности и. температуропроводности.
Методические указания.
Охлаждение однородного и изотропного нагретого тела в среде с постоянной температурой проходят две стадии.
В первой стадии охлаждения распределение температуры в теле в основном определяется его начальным состоянием. Эту стадию охлаждения называет неупорядоченным режимом. Во второй стадии нестационарного процесса теплопроводности распределение температуры в теле не зависит от его начального теплового состояния и определяется физическими свойствами, геометрической формой и размерами исследуемого тела, а также условиями теплообмена с окружающей средой. Вторая стадия охлаждения тела называется регулярным тепловым режимом. Теория регулярного режима была разработана Г.М.Кондратьевым. Во второй стадии нестационарного процесса теплопроводности изменение температуры t любой точки тела во времени при постоянной температуре среды и неизменном коэффициенте теплоотдачи, подчиняется простому экспоненциальному закону:
(4.1)
где Θ
- избыточная температура
в произвольной точке тела (отсчитанная
от температуры среды tж).
;
А
- постоянный множитель;
U
- функция координат;
l
- основание натуральных
логарифмов. Величина m
в формуле (4.1)
характеризует интенсивность охлаждения
или нагревания и называется темпом
охлаждения или нагревания, соответственно.
Она выражает относительную скорость
изменения температуры и для двух
произвольных точек тела остается
постоянной. Если вначале прологарифмировать,
а затем продифференцировать по времени
(4.1), то получим:
(4.2)
Г.М. Кондратьевым установлена связь между темпом охлаждения, его физическими и геометрическими свойствами, а также внешними условиями охлаждения. В общем виде эта зависимость выражается функцией:
(4.3)
где λ, СР, ρ - для твердого тела соответственно: теплопроводность, теплоемкость, плотность; l1 , l2... ln.- линейные размеры; К - коэффициент, характеризующий геометрическую форму твердого тела; α - коэффициент теплоотдачи от тела к окружающей среде.
В том случае, когда имеет
место весьма интенсивный теплообмен
между поверхностью тела и окружающей
средой (теоретически
),
величина m
прямо пропорциональна
коэффициенту температуропроводности
α
тела и уравнение
(4.3) принимает конкретный вид:
(4.4)
Из (4.4) (4.5)
где
-
значение темпа охлаждения при
(т.е. практически
при βi
≥
критерий БИО). Уравнения (4.3) и (4.4)
справедливы для тел любой геометрической
формы.
Для определения коэффициента теплопроводности можно использовать частные решения уравнения (4.1). Например, при охлаждении сплошного шара радиусом R получается связь:
,
[Вт/мК] (4.6)
Уравнения (4.4) и (4.6) получены
для условий; когда окружающая среда
предполагается настолько теплоемкой,
что теплота, полученная от тела,
практически не повышает ее температуру,
т.е.
.
Для экспериментального исследования коэффициентов α и λ применяются уравнения (4.5) и (4.6). Величиной, непосредственно определяемой из опытов, является темп охлаждения m. При расчете λ по (4.6) необходимо знать коэффициент теплоотдачи α, который считают известным.
Экспериментальные методы определения коэффициента температуропроводности заключаются в наблюдении за изменением температурного поля исследуемого материала при помещении калориметра в жидкостной термостат.
Методика определения коэффициента теплопроводности аналогична, с той лишь разницей, что для исследования используется воздушный термостат.