Материал: 906

лопроводность материала. При обработке графического материала характер зависимости представить в виде уравнения прямой линии:

t 0·(1 ·tср ).

Контрольные вопросы

1.Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как достигается поставленная цель?

2.Назовите основные узлы экспериментальной установки и укажите их назначение.

3.Какие величины следует измерять в данной работе, чтобы вычислить коэффициент теплопроводности?

4.Какова физическая сущность передачи теплоты теплопроводностью?

5.Сформулируйте понятия: температурное поле, изотермическая поверхность, градиент температуры, мощность теплового потока, удельный тепловой поток.

6.Покажите на схеме установки, как направлен вектор теплового потока и градиента температуры?

7.Каков физический смысл коэффициента теплопроводности и от каких факторов он зависит?

8.Каков характер изменения температуры по толщине плоской и цилиндрической стенок?

9.Какова взаимосвязь между коэффициентом теплопроводности и наклоном температурной кривой по толщине тепловой изоляции?

10.Дайте определение понятию термического сопротивления стен-

ки.

11.Как зависит коэффициент теплопроводности различных веществ (металлов, неметаллов, жидкостей и газов) от температуры? Ответ обосновать.

12.Сформулируйте основной закон теплопроводности. В чем его сущность?

13.Каковы основные трудности тепловых расчетов при переносе теплоты теплопроводностью?

14.Как влияет форма стенки на величину её термического сопротивления?

11

Работа 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ТРУБОПРОВОДЕ

1.Цели работы. Изучение процессов теплообмена при свободной

ивынужденной конвекции на горизонтальном трубопроводе. Экспериментальное определение коэффициентов теплоотдачи и сравнение их с вычисленными по критериальным уравнениям.

2.Основные положения. При знании величины мощности теплового потока Q в теплообмене поверхности с обтекающей ее средой становится возможным определение коэффициента теплоотдачи α из уравнения Ньютона–Рихмана:

В условиях, когда по горизонтально расположенному трубопроводу движется воздух под напором, а с внешней стороны трубопровода существует контакт с окружающим воздухом, внутри трубопровода теплообмен определяется условиями вынужденной конвекции, а с внешней стороны – естественной конвекции. Обозначим мощность теплового потока при вынужденной конвекции Q1, а при естественной конвекции – Q2 и соответственно коэффициенты теплоотдачи a1 и a2.

Введем также обозначения: FВН – внутренняя поверхность трубопровода, которая участвует в теплообмене при вынужденной конвекции; FНАР – внешняя поверхность трубопровода, обменивающаяся те-

t2 – температурный напор со стороны наружной поверхности трубопровода.

Таким образом, в опыте должны быть определены Q1 и Q2, t1 и t2, а также заданы FВН и FНАР. В нашем случае из опыта становится возможным определение коэффициентов α1ОП и α2ОП, которые затем могут быть сравнены со значениями α1РАСЧ и α2РАСЧ, полученными из соответствующих характеру теплообмена критериальных уравнений.

Электрический ток при прохождении по трубе совершает работу,

12

которая полностью переходит в теплоту QЭ. Тогда уравнение первого закона термодинамики как частный случай закона сохранения энергии приобретает вид

где Q1 – мощность теплового потока, переданная воздуху, движущемуся внутри трубы; Q2 – мощность теплового потока, переданная воздуху, окружающему трубу; Q3 – мощность теплового потока, затраченная на нагрев (охлаждение) трубы.

Тепловой поток Q3 имеет место только при нестационарном режиме работы установки, а при достижении стационарного режима, когда температура трубы tХ = const, Q3 = 0 и уравнение упрощается:

Мощность теплового потока Q1, Вт, переданная воздуху, движущемуся внутри трубы, может быть определена по уравнению первого закона термодинамики для участка от сечения I–I до сечения II–II (рис. 2.1):

При выполнении расчетов следует иметь в виду, что изменение потенциальной энергии потока равно нулю и техническая работа, совершаемая потоком, также равна нулю.

Тогда

Для расчета средних значений коэффициентов теплоотдачи при конвективном теплообмене в воздушной среде рекомендуются следующие формулы на основе критериальных уравнений.

Для расчета средних величин критериев Нуссельта конвективного теплообмена потока воздуха в трубах уравнения:

а) для ламинарного режима Re < 2·103:

б) для развитого турбулентного режима Re > 104:

13