Материал: 906

Для газов отношение PrП / PrСТ мало зависит от температуры и его можно принять равным 1.

Для тонких проволок малого размера, для которых выполняется условие GrП,h PrП < 103, критерий конвективного теплообмена имеет постоянное число:

NuП,d 0,5.

Эти предельные наименьшие значения критерия Nu отвечают неподвижному пограничному слою, когда теплоотдачу можно вычислить непосредственно по формулам теплопроводности.

Между этим предельным состоянием полностью заторможенной среды в пограничном слое и рассмотренным выше режимом свободной конвекции, при которой в пограничном слое осуществляется течение среды с равноправным участием инерционных сил и сил внутреннего вязкостного трения, существует режим свободной конвекции с ползущим течением в пограничном слое.

Для этого режима силами инерции можно пренебречь и решить задачу конвективного теплообмена в виде зависимости

NuП,d C GrП,d РrП n.

Определяющим размером является диаметр проволоки d, м, а определяющей температурой – температура потока tП, ОС. Данная формула справедлива для потока воздуха, у которого критерий Pr 0,7 и практически не зависит от температуры. Численное значение коэффициента С и показателя степени n можно принять по табл. 3.1.

Таблица 3.1

Численное значение коэффициента С и показателя степени n

3. Схема и описание установки. Полная схема экспериментальной лабораторной установки с ее элементами представляется на экране монитора компьютера при выполнении работы, а часть схемы – на рис. 3.2. В установке теплоотдающей стенкой является тонкостенная труба 1 из нержавеющей стали наружным диаметром dН = 40 мм и

25

длиной lТР = 1500 мм. Труба удерживается в вертикальном положении стойкой 2 с двумя кронштейнами. Нижний и верхний торцы трубы закрыты специальными заглушками с целью исключения отвода теплоты через внутреннее пространство трубы. Для исключения влияния случайных потоков воздуха в помещении лаборатории труба оснащена защитным прозрачным цилиндром 3 с открытыми торцами. Диаметр защитного цилиндра во много раз больше диаметра трубы. Нагрев трубы осуществляется от источника электроэнергии 4.

На панели источника расположены: кнопка включения 8, ползунок автотрансформатора 7, индикатора вольтметра 5 и амперметра 6.

Температура стенки трубы измеряется с помощью 10 хромелькопелевых термопар, спаи которых заделаны в стенку трубы по винтовой линии. Отсчет замеров термопар принят от нижнего конца трубы. Координаты термопар lХ приведены на рис. 3.3. Вывод термопар осуществлен через внутреннюю полость трубы и далее через верхний торец по кабелю 10 к вторичному прибору 11. Прибор имеет встроенное компенсационное устройство, исключающее необходимость иметь холодные спаи термопар. Температуры регистрируются многоканальным вторичным прибором и при нажатии на кнопки прибора автоматически записываются в протокол наблюдений, представленный на экране монитора компьютера.

26

Параметры окружающей среды регистрируются приборами панели: атмосферное давление – ртутным барометром, температура – термометром. По щелчку правой мышки на показания барометра и термометра значения автоматически заносятся в протокол наблюдений. В этот же протокол автоматически записываются показания вольтметра и амперметра по щелчку правой кнопки мышки на индикаторе приборов.

Все показания измерений заносятся в протокол наблюдений при достижении стационарных режимов теплопередачи. По окончании выполнения работы перед выключением установки все данные из протоколов на экране должны быть перенесены на доступный вид носителя информации (например, перенесены в бумажный протокол

(табл. 3.2 и 3.3)).

Таблица 3.2

Протокол наблюдений

4. Расчетные формулы и расчеты.

1. Атмосферное давление, Па, находится с учетом температурного

27

расширения столбика ртути по формуле

В 102

pатм 1 1,815 10 4 tОКР .

2. Средняя по высоте температура трубы, ОС, по формуле:

3. Мощность теплового потока, Вт, выделенная при прохождении электрического тока по трубе:

QЭ = I U.

4. Мощность теплового потока, Вт, через поверхность трубы в окружающую среду за счет теплового излучения определяется по закону Стефана–Больцмана:

где = 0,15 – степень черноты трубы; С0 = 5,67 Вт/(м2 К4) – коэффициент излучения абсолютно черного тела; F = 3,14 dТР lТР – теплопередающая поверхность трубы, м2.

5. Мощность теплового потока, Вт, через поверхность трубы в окружающую среду за счет свободной конвекции

Q = QЭ – QИ .

6. Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 К),

Q

m F tm .

7. Теплофизические свойства воздуха (окружающей среды) при определяющей температуре, равной tОПР = 0,5 (tХm + tОКР), ОС:

28

водности = 0,000074 tОПР + 0,0245 , Вт/(м К); кинематическая вяз-

кость = (0,000089 t2ОПР + 0,088 tОПР + 13,886) 10-6, м2/с; коэффици-

8. Критерий Нуссельта

Num m lТР .

m

9. Критерий Грасгофа

10. Критерий Прандтля

Pr m . am

11. Результаты расчетов должны быть продублированы в форме сводной табл. 3.4.

29