 |
Изобразите в энтропийных диаграммах процессы, происходящие в конденсаторе-змеевике после отключения от него паропровода и до окончания опыта.
|
|
|
|
Лабораторная работа № 5 посвящена исследованию теплоотдачи трубы при свободной конвекции. Работа относится к дисциплине «Основы тепломассообмен», но рассматривается в данном пособии, поскольку при её выполнении студенты осваивают методику измерения температуры с помощью термопар.
Свободной (естественной) конвективной теплоотдачей называется процесс передачи теплоты от стенки (к стенке) при движении теплоносителя относительно неё, обусловленном разностью плотностей нагретых и холодных вертикальных объемов теплоносителя. Количество отдаваемой стенкой теплоты зависит от разности температур и скорости движения теплоносителя относительно стенки, которая при естественой конвекции прямо пропорциональна разности температур стенки и теплоносителя. Интенсивность теплоотдачи зависит также от теплофизических свойств теплоносителя, формы теплоотдающей (тепловоспринимающей) поверхности, ее пространственного положения и от ряда других факторов.
Количество теплоты, отдаваемое (воспринимаемое) поверхностью стенки, рассчитывается по уравнению Ньютона-Рихмана
Q к = α· F Δ t
где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2К);
F – поверхность стенки, м2;
Δ t=t ст -t т – разность температур стенки и теплоносителя.
В лабораторной работе исследуется теплоотдача от стенки трубы к воздуху помещения лаборатории при свободной конвекции. В частности исследуется зависимость коэффициента теплоотдачи трубы α при различных её пространственных положениях (горизонтальном и вертикальном положениях, а также под 45° к горизонтали).
Рис.6.7 Схема установки для исследования теплоотдачи трубы при свободной конвекции
Описание экспериментальной установки
|
|
|
В установку, схема которой приведена на рис. 6.7, входят:
Труба 1, подогреваемая вмонтированным вовнутрь электрическим нагревателем (электроспиралью) 2. Потребляемая нагревателем мощность регулируется при помощи лабораторного автотрансформатора (ЛАТР-1) 3 и рассчитывается по показаниям вольтметра 4 и амперметра 5. Для измерения температуры наружной поверхности трубы на ней закреплено пять термопар 6, подсоединяемых поочередно при помощи переключателя ПМТ-7 к зеркальному гальванометру 8. Гальванометр отградуирован в мВольтах, поэтому для определения температуры в °С на лабораторном стенде имеется график перевода мВольт в °С. Температура воздуха в лаборатории измеряется при помощи обычного ртутного термометра. Температура стен лаборатории измеряется при помощи дистанционного лазерного термометра.
Размеры трубы лабораторной установки: диаметр — 35 мм, длина —1 м.
Методика проведения опыта:
– последовательно устанавливается труба в одно из трёх положений (горизонтально, вертикально или под углом 45°);
– включается электронагреватель, устанавливается автотрансформатором напряжение U 
100 В;
– замеряется и записывается в соответствующую колонку таблицы измерений значения напряжения и силы тока в цепи нагревателя;
– для достижения в трубе стационарного температурного поля, приближение к которому определяется малым изменением температуры стенки трубы (не более 0,5°С в минуту по показаниям термопары №3; обычно трубу выдерживают в соответствующем положении примерно 5 минут перед началом измерений).
– проводятся измерения ЭДС всех пяти термопар; усредненное значение термоЭДС переводится в °С при помощи графика, имеющегося на лабораторном столе.
Таблица измерений
| Положение трубы | Температура стенки трубы, tс, оС | Показания электроприборов | Температура воздуха, оС | |||||
| №№ термопар | напряжение, U, В | сила тока, I, А | ||||||
| горизонтал. | ||||||||
| 45 о | ||||||||
| вертикальн |
|
|
|
При определении истинной средней температуры стенки трубы необходимо учесть, что термопары показывают температуру относительно холодного спая, который в данном случае находится при температуре помещения. Поэтому окончательно истинная температура трубы (t тр) рассчитывается из соотношения
t тр = t изм–(t т– t и)
где t изм— температура стенки трубы по показаниям гальванометра, °С;
t т, t и — температура воздуха в лаборатории в момент тарировки термопар и при выполнении лабораторной работы.
На основании измеренных величин рассчитываем:
– количество теплоты Q, Вт, выделямое электронагревателем
Q = U·I,
где U — напряжение в В,
I — сила тока в А,
– количество теплоты Q р, Вт, отдаваемое трубой излучением (радиацией)
где ε = 0,8 ??? — степень черноты окисленной латуни;
с 0 = 5,67 Вт/(м2·К4) — коэффициент излучения абсолютно черного тела;
F тр = π dL, м2 — наружная поверхность трубы (d = 35 мм, L = 1 м)
Т тр, К — абсолютная температура наружной поверхности трубы;
Т с, К — температура стен лаборатории во время опыта;
– количество теплоты, отводимое от трубы свободной конвекцией
Q к = Q – Q р
Значение коэффициента теплоотдачи рассчитывается из соотношения
По полученным трем значениям α при горизонтальном и вертикальном расположении трубы и при её наклоне под 45° к горизонту (αгор, αвер,α45) надо сделать экспертное заключение о том, как и почему изменяется значение коэффициента теплоотдачи при естественной конвекции от одиночной трубы при изменении её пространственного положения.
Контрольные вопросы
|
|
|
