Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

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 (t_вых) 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) t_вых остается постоянной, увеличить расход воздуха и опыт повторить. Всего производится 4-6 опытов на трех произвольно выбранных расходах воздуха.

Таблица 1 - экспериментальные данные

№ опыта	D h, мм.вод.ст	Е_вх, mV	t_вх, ^оС	Е_вых, mV	t_вых, ^оС	n *10^-6	l*10^-2
		38,5		1,82		2,71	17,6
				1,7		2,7	17,45
		36,5		1,66		2,695	17,4
				1,61		2,69	17,35

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТА

Поверхность теплообмена F рассчитывается по формуле:

, м²,

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:

, Вт

где t_вх – температура воздуха на входе в трубу (принимаем рав-

ной температуре окружающей среды), ^оС;

t_вых – температура воздуха на выходе из трубы при стацио-

нарном режиме теплообмена при определенном расходе

воздуха, ^оС;

С_р – изобарная теплоемкость воздуха (для интервала темпе-

ратур от 0 до 100 ^оС С_р = 1300 Дж/м³·К);

V – расход воздуха, определяемый по перепаду давления на

диафрагме D h (мм.вод.ст) по формуле:

, м³/с.

Разность температур греющей и нагреваемой среды D t переменна по длине теплообменника. Среднее ее значение может быть определено по формуле:

, ^оС,

где D t_вх и D t_вых – соответственно разность температур воды и

воздуха на входе и выходе, ^оС:

где t_в – температура воды, равная, согласно эксперименту, тем-

пературе кипения (t_в = 100 ^оС);

t_вх – температура воздуха на входе в трубу, ^оС;

t_вых – температура воздуха на выходе из трубы, ^оС.

С помощью опытных данных коэффициент теплопередачи может быть определен по формуле

, Вт/м²·К.

Рассчитав значение коэффициента теплопередачи k, можно определить опытное значение коэффициента конвективной теплоотдачи в вынужденном потоке

, Вт/м²·К,

где a ₁ – коэффициент теплоотдачи кипящей жидкости и поверх-

ности трубы (принимается равным 2326 Вт/м²·К);

l_с – коэффициент теплопроводности стенки трубы, Вт/м·К

(для нержавеющей стали, из которой выполнена труба

l_с = 17,4 Вт/м·К)

Толщина стенки трубы рассчитывается по формуле

, м.

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

, (4.1)

откуда

, Вт/м²·К,

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 , м/с;

f – площадь поперечного сечения трубы, м².

Результаты расчетов по приведенным формулам сводятся в таблицу 2.

Таблица 2 - расчетные данные

Определяемая величина	Размерность	Номер опыта

D h	мм
V	м³/с	0,00237	0,00375	0,00444	0,00548
D t_вх	^оС
D t_вых	^оС
Q	Вт	138,65	204,75	236,65	284,96
t_ср	^оС	38,5		36,5
D t	^оС	58,65	60,59	61,23	61,86
w	м/с	8,46	13,39	15,86	16,38
Re	-	9132,95	14579,37	17318,39	17937,75
Nu	-	26,53	38,57	44,27	45,53
a ₂	Вт/м²×К	40,43	58,3	65,51	80,36
a _2т	Вт/м²×К	37,84	54,81	62,79	64,46
k	Вт/м²×К	39,6	56,6	63,37	77,16

По полученным данным строят графики зависимости

Вывод: изучил процессы конвективной теплоотдачи и теплопередачи, а также ознакомился с методикой экспериментального определения коэффициентов, характеризующих этот процесс.