Материал: 1307
4.Расчетные формулы и расчеты.
1.Атмосферное давление находится с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по формуле
|
|
|
рАТМ |
|
|
В·102 |
|
, Па, |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
1 1,815·10 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
·tОКР |
|
|
|
|
|
||||
СибАДИ |
|||||||||||||||
|
где В – показание барометра, мбар; tОКР – температура окружающей |
||||||||||||||
|
среды, равная температуре воздуха при входе в воздухомер, ОС. |
||||||||||||||
|
|
|
|
Протокол наблюдений |
|
Таблица 2.1 |
|||||||||
|
|
Измеряемая вел ч на |
|
|
О озна- |
Единица |
|
Номера опытов |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
чение |
|
измерен. |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
1. |
Температура |
воздуха |
при |
t1 |
|
ОС |
|
|
|
|
|
|
||
|
входе в трубу (сечен е I–I) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2. |
Температура воздуха при вы- |
t2 |
|
ОС |
|
|
|
|
|
|
||||
|
ходе з трубы (сечен е II– II) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
3. |
Температура тру ы |
|
|
tx |
|
ОС |
|
|
|
|
|
|
||
|
4. |
Показания |
вакуумметра |
H |
|
мм |
|
|
|
|
|
|
|||
|
(«горло» воздухомера) |
|
|
|
вод.ст. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
5. |
Показания пьезометра (после |
HН |
|
мм |
|
|
|
|
|
|
||||
|
компрессора) |
|
|
|
|
вод.ст. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
6. |
Напряжение и сила тока, по- |
UН |
|
В |
|
|
|
|
|
|
||||
|
требляемого на нагрев трубы |
|
IН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. |
Показания барометра |
|
|
B |
|
мбар |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
8. |
Температура |
окружающей |
tОКР |
|
О |
|
|
|
|
|
|
|||
|
среды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2. Перепад давления воздуха, Па, в воздухомере: |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
p ·g H , |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|||
|
где ρ – плотность воды в U-образном вакуумметре, равная 1000 кг/м ; |
||||||||||||||
g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2; H – показание вакуумметра (горло воздухомера), переведенное в м вод.ст.
3. Плотность воздуха, кг/м3, по состоянию в «горле» воздухомера
( рАТМ р) , В R·(tОКР 273)
16
где R – газовая постоянная воздуха, равная 287 Дж/(кг К). 4. Расход воздуха, кг/с,
G0,525·10 3 ·
В· р.
5.Абсолютное давление, Па, в сечении I–I:
СибАДр1 рАТМ g H Н , И
где HН – показан е пьезометра (после компрессора), переведенное в м вод.ст.
6. Плотность воздуха, кг/м3, по состоянию на входе в горизонтальную трубу:
1 R·(t1 р1 273) ,
где t1 – температура воздуха при входе в трубу (сечение I–I),ОС.
7. Плотность воздуха по состоянию на выходе из горизонтальной трубы:
2 R·(tр2 ТМ273) ,
где t2 – температура воздуха на выходе из трубы (сечение II–II), ОС. 8. Значение энтальпии воздуха, кДж/кг, в сечениях I и II определя-
ется по общему уравнению:
hj cP t j ,
где cР – теплоемкость воздуха при постоянном давлении, которая может быть принята не зависящей от температуры и равной 1,006 кДж/(кг·О ); tj – температура в рассматриваемом сечении, ОС; j – индекс рассматриваемого сечения (I или II).
9. Средняя скорость потока, м/с, в сечениях I–I и II–II вычисляется по общему уравнению:
Wj ( jG F) ,
где F – площадь проходного сечения для потока воздуха, одинаковая для сечений I–I и II–II и равная 1,35·10-3 м2; ρj – плотность воздуха в рассматриваемом сечении, кг/м3; j − индекс рассматриваемого сече-
ния (I–I или II–II).
17
10. Мощность теплового потока, Вт, переданного вынужденной конвекцией от внутренней поверхности трубы, находится с учетом (2.4) по формуле
Q1 G·( h ЭКИН ).
11. Тогда с учетом формулы (2.3) мощность теплового потока, Вт,
переданного естественной конвекцией от наружной поверхности трубы:
Сибопределяющей температуреАД− средней температуреИпотока в трубе,
Q2 Q" Q1.
12. Мощность теплового потока, выделенная на участке от сечения I–I до сечен я II–II, находится по показаниям вольтметра и ампер-
метра:
QЭ U Н IН ,
где IН – с ла тока, потре ляемая на нагрев трубы, А; UН – напряже-
ние, подаваемое на нагрев тру ы, В.
Опытные значен я коэффициентов теплоотдачи получаем по фор- |
|
мулам (2.5) (2.6), в которых FВН – внутренняя поверхность трубы, |
|
равная 0,352 м2; FНАР – наружная поверхность трубы, равная 0,386 м2; |
|
средний температурный напор при вынужденной конвекции t1 = tХ – |
|
0,5·(t1 + t2), ОС; средний температурный напор при естественной кон- |
|
векции t2 = tХ – tОКР, ОС. |
|
13. Расчетные значения коэффициента теплоотдачи для вынужден- |
|
ной конвекции, Вт/(м2·град), находим с учетом (2.7) или (2.8) по |
|
формуле |
|
1п,d Nu1п,d · |
. |
dВН |
|
При вычислении критериев подобия |
коэффициента теплоотдачи |
по формуле все теплофизические свойства воздуха вычисляются по |
|
равной tП = 0,5·(t1 + t2); определяющим размером в формулах является внутренний диаметр трубы dВН = 0,0415 м.
14. Расчетные значения коэффициента теплоотдачи для свободной конвекции находим по формуле
2РАСЧ Nu2п,d .
dНАР
18
При вычислении критериев подобия по уравнению и коэффициента теплоотдачи по формуле все теплофизические свойства воздуха вычисляются по определяющей температуре − средней температуре потока, окружающего трубу, равной tП = 0,5·(tХ + tОКР); определяю-
щим размером в формулах является наружный диаметр трубы dНАР =
=0,0455 м.
15.Пояснения к расчетам некоторых величин при заполнении таб-
лицы результатов расчета: h 1,006 (t1 |
t2 ) 103 |
, Дж/кг; |
|||||||||||||||||
СибАДИВ |
|||||||||||||||||||
|
ЭКИН |
W 2 |
W 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2 |
|
1 |
, Дж/кг. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16. Интерполяц онные формулы для расчета теплофизических |
||||||||||||||||||
свойств сухого воздуха в зависимости от температуры: |
|||||||||||||||||||
|
|
– теплопроводность, Вт/(м·О ), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
λt = 0,000074·tП + 0,0245; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
– к |
немат ческая вязкость, м2/c, |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
νt = (0,000089·tП2 + 0,088·tП + 13,886)·10-6; |
|||||||||||||||
|
|
– кр тер й Прандтля |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Pr = 0,00000051·tП2 |
- |
0,0002493·tП + 0,7086. |
||||||||||||||
|
|
|
Результаты |
расчетов |
должны быть |
продублированы |
|||||||||||||
в форме сводной та л. 2.2. |
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.2 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
Результаты расчетов |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обоз- |
|
Еди- |
|
|
Номера опытов |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ницы- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Измеряемая величина |
|
на- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
изме- |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
чение |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
рен. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Атмосферное давление |
|
рАТМ |
|
Па |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
2. Перепад давления воздуха в |
|
|
р |
|
Па |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
воздухомере |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
3. Плотность воздуха по со- |
|
|
|
|
кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
стоянию в «горле» воздухомера |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
4. Расход воздуха |
|
|
G |
|
кг/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
5. Плотность |
воздуха в сече- |
|
ρ1 |
|
кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
нии I–I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. Средняя |
скорость |
потока |
|
W1 |
|
м/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
воздуха в сечении I–I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 2.2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обоз- |
Еди- |
|
Номера опытов |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
ницы- |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Измеряемая величина |
на- |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
изме- |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
чение |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
рен. |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. Плотность воздуха при вы- |
ρ2 |
кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
ходе из трубы (сечение II–II) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
8. редняя скорость потока при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
СибАДИ |
|
|
|
|
||||||||
|
|
выходе из трубы (сечение II–II) |
W2 |
м/с |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
9. |
Теплота, внос мая электри- |
QЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
ческим током в с стему (нагрев |
Вт |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
трубы) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10. |
Изменен е энтальп и воз- |
h |
Дж/кг |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
духа по потоку в с стеме (трубе) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
11. |
Изменен е |
к нет ческой |
ЭКИН |
Дж/кг |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
энергии потока воздуха в тру е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
12. |
Теплота, передаваемая по- |
Q1 |
Вт |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
току воздуха в тру е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
13. |
Теплота, передаваемая ок- |
Q2 |
Вт |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
ружающему трубу воздуху |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
14. |
Средн й |
температурный |
t1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
напор в условиях внутреннего |
°С |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
теплообмена |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15. |
Средний |
температурный |
t2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
напор в условиях внешнего теп- |
° |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
лообмена |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16. |
Критерий Рейнольдса |
ReП |
− |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
17. |
Критерий Прандтля в усло- |
Pr1П |
− |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
виях вынужденной конвекции |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
18. |
Критерий Нуссельта в ус- |
Nu1П,d |
− |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
ловиях вынужденной конвекции |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
19. |
Критерий Грасгофа |
GrП |
− |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
20. |
Критерий Прандтля в усло- |
Pr2П |
− |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
виях естественной конвекции |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
21. |
Критерий Нуссельта в ус- |
Nu2П,d |
− |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
ловиях естественной конвекции |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
22. |
Коэффициент теплоотдачи |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
α1ОП |
Вт/(м · |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
в условиях внутреннего тепло- |
|
ОС) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
обмена (вынужденная конвек- |
|
α1РАСЧ |
Вт/(м2· |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
ция) |
|
|
|
ОС) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
23. |
Коэффициент теплоотдачи |
|
α2ОП |
Вт/(м2· |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ОС) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
в условиях внешнего теплообме- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Вт/(м2· |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
на (свободная конвекция) |
|
α2РАСЧ |
ОС) |
|
|
|
|
|
|
|
||
20