Методика. Определение коэффициента теплоотдачи при свободном движении воздуха

Лабораторные работы.

РАБОТА №1

Определение коэффициента теплоотдачи при свободном движении воздуха

Процесс теплообмена между поверхностью твёрдого тела и окружающей жидкой или газообразной средой называется теплоотдачей.

Количество тепла, которым обменивается тело с окружающей средой за секунду, или мощность теплового потока, согласно закону Ньютона, пропорциональна разности температур между поверхностью тела Т_n и окружающей среды Т_с и величине поверхности тела F, т.е.

N = a (T_n-T_с) F, Вт. (1)

Коэффициент пропорциональности a называется коэффициентом теплоотдачи и характеризует интенсивность теплообмена между телом и окружающей средой. Коэффициент теплоотдачи равен количеству теплоты, передаваемой 1м² поверхности тела при разности температур между поверхностью и средой в 1 градус. Размерность коэффициента теплоотдачи:

Коэффициент теплоотдачи зависит от большого количества факторов, определяющих условия взаимодействия тела с окружающей средой (скорость и характер движения среды, её температурные свойства, размеры и конфигурация тела, температура поверхности тела и окружающей среды и т.д.).

Количество тепла, которым обменивается поверхность тела и окружающая среда, складывается из тепла, передаваемого непосредственным соприкосновением среды с поверхностью тела (конвекция, теплопроводность) и из тепла, передаваемого путём теплового излучения. В соответствии с этим общий коэффициент теплоотдачи равен сумме коэффициента теплоотдачи соприкосновением a_с и коэффициента теплоотдачи лучеиспусканием a_л, т.е.

a = a_с + a_л, Вт/м²_*град (2)

Цель работы: экспериментальное определение коэффициента теплоотдачи при свободном движении воздуха в неограниченном пространстве. Расчётным путём определяются коэффициенты a_с и a_л.

Коэффициент теплоотдачи находится из уравнения (1).

Количество тепла, передаваемое с поверхности в окружающую среду за секунду, определяется по мощности электронагревателя.

N = I_{н *}U_н (Вт), (3)

где I_н – сила тока в цепи нагревателя, А;

U_н – напряжение на зажимах нагревателя, В.

С целью определения средней температуры поверхности трубы с помощью термопар измеряется температура в нескольких точках поверхности.

Удельный поток тепла, передаваемого путём теплового излучения, определяется по уравнению Стефана-Больцмана:

где С – приведённый коэффициент лучеиспускания, Вт/м²_*^оК⁴ при тепловом излучении в неограниченном пространстве. С принимается равным коэффициенту лучеиспускания излучающей поверхности С₁, который определяется соотношением:

С₁ = eС₀ (5),

где e - степень черноты поверхности тела.

В нашем случае в интервале температур от 323 до 773^оК сильно окислённый алюминий имеет e = 0.2 – 0.3, а алюминиевая краска при Т = 323^оК - e = 0.5; для окисленной стали e = 0.8.

С₀ – коэффициент лучеиспускания абсолютно чёрного тела, равен 5.7 Вт/м^2оК⁴.

Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по уравнению:

q_л = a_л(T_n – T_c), Вт/м² (6)

Описание установки (см. рис.)

В горизонтально установленной стальной трубе 1 расположен электронагреватель 2, в цепь которого подключается амперметр 3 и вольтметр 4.

Температура трубы измеряется с помощью термопар 5.

Дата добавления: 2014-12-08