Результаты обработки экспериментальных данных

Номер опыта	Ф, Вт				lв,	n, м2/с	Nud,h	Grd,h	Grd,h·Prd,h	, Вт/(м2×К)
труба – горизонтальная
1.
труба вертикальная
2.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Что называется конвективным теплообменом?

2. Дать определение коэффициента теплоотдачи.

3. Какая зависимость называется критериальным уравнением?

4. Какой вид имеет критериальное уравнение для теплоотдачи при свободной конвекции?

5. Какие стороны физических явлений характеризуют критерии Рейнольдса Re, Нуссельта Nu, Грасгофа Gr и Прандтля Рr?

6. Что называется определяемым критерием подобий?

7. Что называется определяющим критерием подобия?

8. Что характеризуют граничные условия третьего рода?

9. Как устроена экспериментальная установка?

10. Что выражает уравнение Ньютона-Рихмана?

11. От каких факторов зависит коэффициент теплоотдачи?

12. Каков характер движения воздуха около нагретой горизонтальной трубы?

13. Почему величина коэффициента конвективной теплоотдачи зависит от пространственного положения трубы?

Лабораторная работа № 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ ОРЕБРЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Назначение работы. Экспериментальное определение КПД оребрения и среднеинтегрального коэффициента теплоотдачи оребренной поверхности.

Основные понятия

Оребрение поверхностей для интенсификации теплообмена применяется в двигателях внутреннего сгорания с воздушным охлаждением, при конструировании теплообменных аппаратов в теплоэнергетике и во многих других теплотехнических устройствах.

Рассмотрим случай охлаждения какой-либо поверхности омываемой её газом (жидкостью). Тепловой поток, отводимый жидкостью или воздухом oт поверхности в общем случае определяется выражением, Вт

,

где – средний коэффициент теплоотдачи для всей поверхности (среднеинтегральный), Bт/(м²×K); – площадь поверхности, м²; среднеинтегральная температура поверхности, К; температура воздуха вдали от поверхности, К.

Часто требуется интенсифицировать теплоотдачу, не изменяя температурные уровни поверхности и охлаждающей жидкости или воздуха. В этом случае желательный эффект достигают обычно увеличением площади поверхности теплообмена или размещением на основной (несущей) поверхности ребристых элементов различной конфигурации.

Рассмотрим применительно к данной работе случай размещения прямолинейных ребер постоянной толщины на плоской несущей пластине, омываемой воздухом.

На рис. 8.1 приведена схема распределения температуры по такому ребру, из которой видно, что по высоте ребра температура уменьшается от значения у основания ребра до значения на вершине ребра вследствие отвода теплоты по всей его поверхности.

Рис. 8.1. Распределение температуры по ребру

Очевидно, что высота ребра h должна быть такой, чтобы существовала не нулевая разность между температурой вершины ребра и температурой омывающего ребро воздуха В противном случае конечная часть ребра не

будет “работать” в тепловом отношении, что приведет к бесполезному расходу металла.

Тепловой поток Ф, отводимый от оребренной поверхности омываемой воздухом, определяется из выражения:

, Вт ,

где – среднеинтегральное значение коэффициента теплоотдачи от оребренной поверхности к жидкости, Bт/(м²×K); площадь оребренной поверхности теплообмена, м²; среднеинтегральная температура оребренной поверхности, К; температура воздуха, К. В практике расчетов возникает достаточно сложная задача определения величины , поэтому часто пользуются не вышеприведенной формулой, а ее модификацией:

(8.1)

В этой формуле величина равна

Она называется КПД оребрения и показывает, во сколько раз применение рёбер снижает температурный напор между несущей поверхностью и омывающей ее жидкостью; температура поверхности несущей .

КПД оребрения поверхности может быть также выражен формулой:

,

(8.2)

в которой – степень оребрения, равная отношению величины всей площади оребрения к площади несущей поверхности без ребер ;

– коэффициент эффективности ребра (КПД ребра), определяемый по формуле:

,

(8.3)

где температура ребра средняя в процессе опыта.

КПД ребра показывает, во сколько раз температурный напор между ребром и омываемого его воздухом меньше температурного напора между несущей поверхностью и воздухом.

Экспериментальная установка

Схема установки приведена на рис. 8.2. Несущая пластина 8 имеет плоские ребра 5. Степень оребрения такой поверхности

,

(8.4)

где n – количество ребер. На центральном ребре установлены (зачеканены) четыре термопары 4, размещенные следующим образом: одна термопара находится на несущей поверхности (у основания ребра), другая – на конце ребра, а между ними на равных расстояниях установлены еще две термопары. Термопары переключателем 6 соединяются с показывающим прибором – автоматическим потенциометром 7.

На поверхности несущей пластины, свободной от ребер, размещен плоский электронагреватель 3, мощность которого устанавливается регулятором напряжения 1 и измеряется ваттметром 2. Установка оснащена вентилятором для принудительного обдува оребренной поверхности (на схеме не показан). Температура окружающего воздуха измеряется лабораторным термометром.

Порядок выполнения работы

1. Включить установку (вентилятор обдува не включать). Мощность нагревателя устанавливается по указанию преподавателя.

2. Дождаться выхода установки на установившееся тепловое состояние (УТС), о чем свидетельствует прекращение возрастание температуры оребрения пластины.

3. После достижения УТС выполнить замеры следующих величин: температуры по всем термопарам и воздуха в помещении, мощности нагревателя.

4.Все замеры провести трехкратно с интервалом между ними 5 мин. Результаты измерений занести в протокол наблюдений.

Протокол наблюдений

Условия и номер замера	Q, Вт	Температура, °С			, Bт/(м2×K)
Без обдува
С обдувом