Материал: 1307
длиной lТР = 1500 мм. Труба удерживается в вертикальном положении стойкой 2 с двумя кронштейнами. Нижний и верхний торцы трубы закрыты специальными заглушками с целью исключения отвода теплоты через внутреннее пространство трубы. Для исключения влияния случайных потоков воздуха в помещении лаборатории труба оснащена защитным прозрачным цилиндром 3 с открытыми торцами. Диаметр защитного цилиндра во много раз больше диаметра трубы. Нагрев трубы осуществляется от источника электроэнергии 4.
СНа ипанели источникабАДИрасположены: кнопка включения 8, ползунок автотрансформатора 7, индикатора вольтметра 5 и амперметра 6.
|
|
|
|
|
50 |
|
|
3 |
|
|
|
200 |
|
|
|
10 |
200 |
|
||
|
|
|
|
|||
V |
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
1500 |
|
A |
|
|
|
|
300 |
|
|
|
|
|
150 |
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
150 |
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
100 |
|
|
75 |
|
||||
2 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
50 |
|
|||||
9 |
1 |
11 12 |
|
|||
|
25 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.2. Схема лабораторной установ- |
Рис. 3.3. Схема распо- |
|||||
ки |
|
|
|
|
ложения термопар |
|
Температура стенки трубы измеряется с помощью 10 хромелькопелевых термопар, спаи которых заделаны в стенку трубы по винтовой линии. Отсчет замеров термопар принят от нижнего конца трубы. Координаты термопар lХ приведены на рис. 3.3. Вывод термопар осуществлен через внутреннюю полость трубы далее через верхний торец по кабелю 10 к вторичному прибору 11. Прибор имеет встроенное компенсационное устройство, исключающее необходимость иметь холодные спаи термопар. Температуры регистрируются многоканальным вторичным прибором и при нажатии на кнопки прибора автоматически записываются в протокол наблюдений, представленный на экране монитора компьютера.
26
Параметры окружающей среды регистрируются приборами панели: атмосферное давление – ртутным барометром, температура – термометром. По щелчку правой мышки на показания барометра и термометра значения автоматически заносятся в протокол наблюдений. В этот же протокол автоматически записываются показания вольт-
метра и амперметра по щелчку правой кнопки мышки на индикаторе |
|
СибАДИ |
|
приборов. |
|
Все показан я змерений заносятся в протокол наблюдений при |
|
достижен |
стац онарных режимов теплопередачи. По окончании |
выполнен я работы перед выключением установки все данные из протоколов на экране должны быть перенесены на доступный вид но-
сителя нформац |
(например, |
перенесены в бумажный протокол |
|||||||||||||||||
(табл. 3.2 |
3.3)). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3.2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
Протокол наблюдений |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О оз- |
|
Еди- |
|
|
|
Номера опытов |
|
|
|||||
Измеряемая вел ч на |
|
|
наче- |
|
ницы |
1 |
|
2 |
|
3 |
4 |
5 |
|
6 |
7 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
ние |
|
изм-я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сила тока |
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Напряжение |
|
|
|
U |
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Температура |
окружаю- |
|
tОКР |
|
ОС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
щей среды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Показания барометра |
|
|
В |
|
мбар |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Протокол наблюдений |
|
|
|
|
|
Таблица 3.3 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Точки |
|
Координата за- |
|
Локальная тем- |
|
|
|
Номера опытов |
|
|
|||||||||
замера |
|
|
мера lХ , м |
|
|
пература tХ , О |
1 |
|
2 |
|
3 |
4 |
5 |
|
6 |
7 |
|
||
1 |
|
|
1,450 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
1,250 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
1,050 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
0,850 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
0,550 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
0,400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
0,250 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
0,150 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
0,075 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
0,025 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
27
4. Расчетные формулы и расчеты.
1. Атмосферное давление, Па, находится с учетом температурного расширения столбика ртути по формуле
pатм |
|
В 102 |
||
|
|
|
. |
|
1 1,815 10 4 tОКР |
||||
2. редняя по высоте температура трубы, ОС, по формуле: |
||||
|
10 |
|
|
|
|
tХm |
tXi |
||
|
i 1 |
. |
||
|
|
|||
|
10 |
|
|
|
3. Мощность теплового потока, Вт, выделенная при прохождении |
||||
электр ческого тока по тру е: |
||||
|
QЭ = I U. |
|||
4. Мощность теплового потока, Вт, через поверхность трубы в окружающую среду за счет теплового излучения определяется по закону Стефана–Больцмана:
|
|
|
|
|
|
273 |
|
4 |
t |
|
273 |
|
4 |
|
Q |
|
С |
|
t |
|
|
|
|
, |
|||||
И |
0 |
F |
СТ |
100 |
|
|
|
ОКР |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где = 0,15 – степень черноты трубы; С0 = 5,67 Вт/(м2 К4) – коэффициент излучения абсолютно черного тела; F = 3,14 dТР lТР – теплопередающая поверхность трубы, м2.
5. |
Мощность теплового потока, Вт, через поверхность трубы в ок- |
||||||||
ружающую среду за счет свободной конвекции |
|||||||||
|
|
|
|
|
Q = QЭ – Q . |
||||
6. |
Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 К), |
||||||||
СибАДИ |
|||||||||
|
|
|
|
|
m |
Q |
. |
||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
F tm |
||
7. |
Теплофизические свойства воздуха (окружающей среды) при |
||||||||
определяющей температуре, равной tОПР = 0,5 (tХm + tОКР), ОС: |
|||||||||
плотность |
|
pатм |
|
, кг/м3; газовая постоянная воздуха R = |
|||||
R (273 |
tОПР ) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||
28
287 Дж/(кг К); теплоемкость сР = 1006 Дж/(кг К); коэффициент объ- |
||||
емного расширения |
|
1 |
, 1/К; коэффициент теплопроводно- |
|
273 |
tОПР |
|||
|
|
|||
сти = 0,000074 tОПР + 0,0245 , Вт/(м К); кинематическая вязкость = |
||||
(0,000089 t2ОПР + 0,088 tОПР + 13,886) 10-6, м2/с; коэффициент темпе- |
||||
Сиб |
|
m |
|
АДИ |
|||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
ратуропроводности a |
|
cPm |
m |
, м2/с. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
8. Кр тер й Нуссельта |
|
|
|
|
|
|
|
m lТР |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Num |
|
. |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
9. Кр тер й Грасгофа |
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Gr |
|
g lТР3 |
|
t |
Xm |
t |
ОКР |
. |
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
10. Кр тер й Прандтля |
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Pr m . |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
am |
|
|
|
|
|
|
|
|
11. Результаты расчетов должны быть продублированы в форме |
|||||||||||||||||
|
сводной табл. 3.4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3.4 |
|||
|
|
|
|
|
Результаты расчетов |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Обоз- |
|
Еди- |
|
|
|
|
Номера опытов |
||||||
|
|
Измеряемая величина |
|
|
наче- |
|
ница |
|
|
1 |
2 3 4 5 6 7 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
ние |
|
|
|
изм-я |
|
|
|
|
|
|
||
|
1. |
Температурный напор |
|
|
|
|
|
|
|
OC |
|
|
|
|
|
|
|||
|
(разность |
температур |
|
tm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
стенки трубы |
окр. сре- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
ды) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Средняя по высоте тем- |
|
tХm |
|
|
|
|
OC |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
пература трубы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
Определяющая темпе- |
|
tОПР |
|
|
|
OC |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
ратура |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. |
Количество теплоты, |
|
QЭ |
|
|
|
|
Вт |
|
|
|
|
|
|
||||
|
выделенное |
электриче- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
ским током |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.Количество теплоты,
отданное излучением |
QИ |
Вт |
6.Количество теплоты,
отданное конвекцией |
Q |
Вт |
29
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 3.4 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обоз- |
|
Еди- |
|
|
Номера опытов |
|
||||||
|
|
Измеряемая величина |
наче- |
|
ницы |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
ние |
|
изм-я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. |
Коэффициент тепло- |
m |
|
Вт/(м2 К) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отдачи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8. |
Коэффициент объем- |
m |
|
1/К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ного расш рен я воздуха |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9. Теплоемкость воздуха |
сРm |
|
Вт/(кг К) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10. |
Коэфф ц ент тепло- |
m |
|
Вт/(м К) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
проводности воздуха |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11. |
Плотность воздуха |
|
|
кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12. |
Коэфф ц ент темпе- |
am |
|
м2/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ратуропроводности возду- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ха |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13. |
К немат ческая вяз- |
m |
|
м2/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кость воздуха |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14. |
Кр тер й Нуссельта |
Nu |
|
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15. |
Кр тер й Грасгофа |
Gr |
|
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16. |
Критерий Прандтля |
Pr |
|
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17. log(Num) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18. log(Grm Prm) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19. |
Критериальное урав- |
– |
|
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СибА |
|
|
|
ДИ |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
12. По результатам расчетов строится в соответствующем масштабе в логарифмических координатах график зависимости критерия Num от произведения (Grm Prm) и определяется коэффициент С и показа-
тель степени n по уравнению прямой линии
log(Num) = logC + n log(Grm Prm).
Характер зависимости представить в виде прямой линии. Решив уравнение прямой линии, получить уравнение в явном виде срав-
нить его с табличным значением.
13. Локальный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 К), находится из уравнения
NuX 0,6 GrX PrX 0,25 |
и далее |
X |
|
Nu X X . |
|
|
|
|
lX |
30