Материал: Кораблев ВА Минкин ДА Лаб практикум теория тепло и массообмена

В.А. Кораблев, Д.А. Минкин, А.В. Шарков

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА

Санкт-Петербург

2016

Кораблев В.А., Минкин Д.А., Шарков А.В. Лабораторный практикум по курсу теория тепло- и массообмена. Учебное пособие – СПб: Университет ИТМО, 2016. – 38 с.

Учебное пособие разработано в соответствии с программой курса «Тепломассообмен» Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования для бакалавров по направлению подготовки 16.03.01– «Техническая физика» и программой курса «Тепломассообмен» Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования для бакалавров по направлению подготовки 14.03.01 – «Ядерная энергетика и теплофизика». В настоящее издание вошли лабораторные работы, посвященные изучению механизмов переноса теплоты (теплопроводность, конвекция). Содержание работ включает в себя расчетную и экспериментальную части.

Рекомендовано к печати Ученым советом факультета лазерной и световой инженерии 9 февраля 2016 года, протокол №2.

Университет ИТМО – ведущий вуз России в области информационных и фотонных технологий, один из немногих российских вузов, получивших в 2009 году статус национального исследовательского университета. С 2013 года Университет ИТМО – участник программы повышения конкурентоспособности российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров, известной как проект «5 в 100». Цель Университета ИТМО – становление исследовательского университета мирового уровня, предпринимательского по типу, ориентированного на интернационализацию всех направлений деятельности.

Университет ИТМО, 2016

Кораблев В.А., Минкин Д.А., Шарков А.В., 2016

3

Содержание

1. Лабораторная работа №1 Теплообмен в замкнутых полостях…………………………………………………………….4

2.Лабораторная работа №2 Теплоотдача при вынужденном продольном омывании одиночного цилиндра…………………..15

3.Лабораторная работа №3 Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в каналах……………………………………...25

4

Лабораторная работа №1 ТЕПЛООБМЕН В ЗАМКНУТЫХ ПОЛОСТЯХ

Цель работы – изучение интенсивности конвективного теплообмена в замкнутых вертикальных и горизонтальных полостях.

Программа работы:

1.Ознакомиться с экспериментальной установкой и измерительными приборами;

2.Провести измерения интенсивности теплообмена в замкнутой полости при различных перепадах температуры между ее стенками и ориентации в пространстве;

3.Вычислить по результатам эксперимента значения коэффициентов конвекции;

4.Рассчитать теоретические значения средних и локальных коэффициентов конвекции. Результаты расчета сравнить с данными эксперимента;

5.Составить отчет о проделанной работе.

Конвективный теплообмен в замкнутых полостях.

Движение, которое возникает вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости, называется естественной конвекцией. Возникновение и интенсивность конвективного движения всецело определяются тепловыми условиями процесса и зависят от рода жидкости, объема, конфигурации и ориентации пространства, в котором протекает процесс. Теплоперенос в прослойках возникает при неравенстве температур ее стенок. При этом, как показывают наблюдения, конвективное движение возникает, когда критерий Релея Ra больше некоторого определенного

значения Raкр, т.е.

Ra=Gr·Pr>Raкр, (1)

где Gr, Pr – критерий Грасгофа и Прандтля.

Для вертикальных прослоек Raкр≈1000, для горизонтальных Raкр≈1700. В критериях Gr, Pr, Raв качестве определяющего размера принята толщина прослойки L, теплофизические параметры выбраны при средней арифметической температуре ее стенок tm.

В ограниченном пространстве явления нагрева и охлаждения жидкости протекают близко друг от друга, являются взаимосвязанными и разделить их невозможно. Поэтому процесс кондуктивно-конвективного теплообмена характеризуется с помощью эквивалентного коэффициента теплопроводности λэк, определяемого уравнением [1]