Методические указания по выполнению работы. 1. ЦЕЛЬ работы. Изучение процесса теплового воздействия на модель в условиях конвективного теплообмена

ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ТЕПЛООБМЕНА В ТЕРМОКАМЕРЕ

РАБОТА № 4

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Изучение процесса теплового воздействия на модель в условиях конвективного теплообмена.

2. ЗАДАНИЕ. Экспериментально определить значение коэффициента тепло-отдачи “a“ в полезном пространстве одной из испытательных камер в режиме охлаждения.

3. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ. Тепловое воздействие на тело определяется законом изменения температуры внешней среды во времени и интенсивностью теплообмена между телом и окружающей средой.

Коэффициент теплоотдачи a является коэффициентом пропорциональности между тепловым потоком, поступающим в тело, и перепадом температур между средой и поверхностью тела (t_ср.-t_пов.)

q=a(t_ср.-t_пов.), (1)

причем a=a_т+a_л+a_к. (2)

Коэффициент кондуктивного теплообмена a_т определяется теплопроводностью среды (воздух) и размерами исследуемого объекта. Он мал, например, для шара при естественной конвекции

, (3)

где

Nu - критерий Нуссельта;

D - диаметр шара;

l_ср - коэффициент теплопроводности воздуха;

Коэффициент лучистого теплообмена a_л не связан с режимом движения воздуха

, (4)

где

с₀=5,67 Вт/м²К⁴ - коэффициент излучения абсолютно черного тела (с₀=s₀×10^-8, s₀- постоянная Стефана-Больцмана);

e_пр - приведенная степень черноты системы исследуемый объект-окружающее пространство, принимается»1);

Т_ср, Т_пов. - абсолютные температуры среды и поверхности тела, К.

Коэффициент конвективного теплообмена a_к зависит от многих трудноучитываемых факторов и, в первую очередь, от режима движения воздуха вокруг изделия (естественная, вынужденная, смешанная конвекция). Поэтому определяют экспериментальным путем суммарный коэффициент теплоотдачи a экспериментальным путем для интересующих условий.

4.1. Коэффициент теплоотдачи определяется методом калориметрирования термически тонкого тела, в котором градиентом (перепадом) температур по толщине можно пренебречь (значение критерия Био Bi=aR/l <<0,1; l - коэффициент теплопроводности материала; R - характерный размер).

Из уравнения теплового баланса при отсутствии градиента температур,

, (5)

где:

t - время;

t_ср=t_ср(t) - температура среды;

t_т= t_т(t) - температура модели;

- темп охлаждения; (6)

F, V - площадь поверхности и объем модели;

с, r - удельная теплоемкость, плотность материала модели.

Решение уравнения (5)

(7)

(t₀ - начальная температура модели).

В полулогарифмических координатах lnQ-mt это уравнение прямой. Если m=const, то в узком диапазоне температур a=const. Темп охлаждения определяется обычным образом (см. работы 2, 3),

, (8)

как тангенс угла наклона прямой логарифма безразмерной температуры.

4.2 Работа проводится на модели с условным индексом АГСВ-1. Модель представляет собой полый шар на подвеске “струне”. Его наружный и внутренний диаметры D=0,3 м и d=0,26 м, материал - сталь 45, масса - 34 кг; удельная теплоемкость и коэффициент теплопроводности материала модели с=0,469 кДж/кг×К (0,11 ккал/кг×К) и l = 45,8 Вт/м×К.

Дата добавления: 2014-01-07