Пример выполнения расчета
Приазовский государственный технический университет Отчет по лабораторной работе № 22 «Определение коэффициента теплопередачи и теплоотдачи конвекцией при вынужденном движении» Вполнил: Студент гр. ТМ-12 Куберский Е.В. Проверила: Берестовая Г.В. Мариуполь, 2014г Лабораторная работа № 22 Цель работы: изучение процессов конвективной теплоотдачи и теплопередачи, а также ознакомление с методикой экспериментального определения коэффициентов, характеризующих этот процесс. Описание опытной установки Опытная установка состоит из горизонтальной трубы 1, заполненного водой кожуха 2, тепловой изоляции 3, електронагревателя 4, термометров (термопар) 5 и 6 для измерения температуры воздуха соответственно вначале и конце трубы, диафрагмы 7 с дифманометром 8, реостата 9 для регулирования расхода воздуха, вентилятора 12, многоточечного переключателя 10, миливольтметра 11, двух выключателей – електронагревателя 14 и вентилятора 15, термометра 13 для измерения температуры воды.
Установка представляет собой модель теплообменника, в котором тепло от воды, нагреваемой в кожухе-нагревателе, передается воздуху путем теплопередачи. В данном случае процесс теплопередачи состоит из переноса тепла при кипении к поверхности трубы-воздуховода, теплопроводности через стенку трубы и вынужденной конвекции тепла от стенки к воздуху.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА Включить электродвигатель и довести воду в кожухе до кипения. Затем включить вентилятор и с помощью реостата установить минимальный расход воздуха. Соответствующий перепад высот жидкости в дифференциальном манометре (D h) записать в таблицу 1. Далее через каждую минуту проводить запись температуры воздуха (tвых) на выходе из воздухопровода, вплоть до установления постоянного ее значения, т.е. до достижения стационарного режима теплообмена. Убедившись, что в течение некоторого промежутка времени (5 мин) tвых остается постоянной, увеличить расход воздуха и опыт повторить. Всего производится 4-6 опытов на трех произвольно выбранных расходах воздуха.
Таблица 1 - экспериментальные данные
ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТА Поверхность теплообмена F рассчитывается по формуле:
где d 1 – внутренний диаметр трубки (d 1 = 19 мм); l – длина омываемой водой трубки (l = 1000 мм). Величина теплового потока Q или количество тепла, передаваемое от греющей среды (воды) к воздуху (нагреваемой среде), определяется по формуле:
где tвх – температура воздуха на входе в трубу (принимаем рав- ной температуре окружающей среды), оС; tвых – температура воздуха на выходе из трубы при стацио- нарном режиме теплообмена при определенном расходе воздуха, оС; Ср – изобарная теплоемкость воздуха (для интервала темпе- ратур от 0 до 100 оС Ср = 1300 Дж/м3·К); V – расход воздуха, определяемый по перепаду давления на диафрагме D h (мм.вод.ст) по формуле:
Разность температур греющей и нагреваемой среды D t переменна по длине теплообменника. Среднее ее значение может быть определено по формуле:
где D tвх и D tвых – соответственно разность температур воды и воздуха на входе и выходе, оС:
где tв – температура воды, равная, согласно эксперименту, тем- пературе кипения (tв = 100 оС); tвх – температура воздуха на входе в трубу, оС; tвых – температура воздуха на выходе из трубы, оС.
С помощью опытных данных коэффициент теплопередачи может быть определен по формуле
Рассчитав значение коэффициента теплопередачи k, можно определить опытное значение коэффициента конвективной теплоотдачи в вынужденном потоке
где a 1 – коэффициент теплоотдачи кипящей жидкости и поверх- ности трубы (принимается равным 2326 Вт/м2·К); lс – коэффициент теплопроводности стенки трубы, Вт/м·К (для нержавеющей стали, из которой выполнена труба lс = 17,4 Вт/м·К) Толщина стенки трубы рассчитывается по формуле
Рассчитанное по опытным данным значение коэффициента теплоотдачи a 2 необходимо сравнить с теоретическим его значением, определяемым по уравнению подобия. При вынужденном движении, когда Re > 2300 и Pr ≈ 1 (для воздуха близок к 1), уравнение подобия конвективного теплообмена представляется в упрощенном, но достаточно точном для технических расчетов, виде
откуда
где l и n - соответственно коэффициенты теплопроводности и кинематической вязкости воздуха (см. приложение табл. 2) по средней температуре Re – число Рейнольдса, определяемое по формуле:
w – средняя скорость движения воздуха f – площадь поперечного сечения трубы, м2. Результаты расчетов по приведенным формулам сводятся в таблицу 2.
Таблица 2 - расчетные данные
По полученным данным строят графики зависимости
Вывод: изучил процессы конвективной теплоотдачи и теплопередачи, а также ознакомился с методикой экспериментального определения коэффициентов, характеризующих этот процесс.
Читайте также: b) Пример классического. Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|