ЗАВДАННЯ. до лабораторної роботи

до лабораторної роботи

Рис.1 Модель стінки з оребренням. Рис.2 Область розрахунку (додати по 10 мм

з усіх боків моделі).

У процесі лабораторної роботи виконуються 4-ри експерименти для:

1. Оцінка впливу геометричних характеристик оребрення (див. таблицю) на ефективність теплообміну.
2. Оцінка впливу властивостей потоку (вода, повітря) на ефективність теплообміну.
3. Оцінка впливу властивостей матеріалу - мідь, алюміній, титан, нерж.сталь, залізо на ефективність теплообміну.

N в списку	висота ребра (у мм)	Відстань між ребрами (у мм)	Матеріал (другий)
			Алюміній
			Титан
			Нерж.сталь
			Залізо
			Алюміній
			Титан
			Нерж.сталь
			Залізо
			Алюміній
			Титан
			Нерж.сталь
			Залізо
			Алюміній
			Титан
			Нерж.сталь
			Залізо
			Алюміній
			Титан
			Нерж.сталь

Вихідні дані: 1) швидкість потоку(повітря)=25 м/сек; 2) температура потоку=293К;

3)температура нижньої поверхні стінки=600К

Завдання (для всіх експериментів):

1. Для перевірки правильності процесу моделювання відобразити графіки швидкості (площини 1, 2,4).
2. Відобразити розподілу температури (площини 3,4,7)
3. Виміряти площу і тепловий потік, що виділяється верхньою поверхнею стінки і поверхнею ребер.

Звіти (у паперовій і електронній формах ).

ЗВІТ (зразок)

до лабораторної роботи

Вихідні дані:

1) ширина ребра

2) відстань між ребрами

3) висота ребра

4) початкова температура потоку -

5) температура стінки (нижня стінка) -

Рис. 1 - Модель стінки з оребренням

Експеримент №1(мідь + вода) Експеримент №2(нерж.сталь + вода)

мал.2 Графік температури ребра. мал.3 Графік температури ребра.

Виміряємо площу і тепловий потік стінки(верхня площина) і ребер.

Експеримент1: метал = мідь, потік (вода), Wн=1м/сек, Тпоч=293,2К, Тстінки=600К.

Площа стінки=0.0004 кв.м; Тепловий потік від стінки=284,4 Вт;

Площа ребер = 0.0006 кв.м;Тепловий потік від ребер = 284,28 Вт;

Сум.тепл.потік=568,68 Вт

Тепловий потік від ребер = 50% сумарного теплового потоку.

Експеримент2: метал = нерж.сталь, потік (вода), Wн=1м/сек, Тпоч=293,2К, Тстінки=500К.

Площа стінки=0.0004 кв.м; Тепловий потік від стінки=151,8 Вт;

Площа ребер = 0.0006 кв.м;Тепловий потік від ребер = 30,2 Вт;

Сум.тепл.потік=182 Вт

Тепловий потік від ребер = 16,6% сумарного теплового потоку.

Експеримент3: метал = мідь, потік (повітря), Wн=25м/сек, Тпоч=293,2К, Тстінки=600К.

Експеримент4: метал = нерж.сталь, потік (повітря), Wн=25м/сек, Тпоч=293,2К, Тстінки=600К.

Висновки:

2.4 Вимірювання характеристик радіатора шляхом продувки в аеродинамічній трубі

1. Побудова моделі установки для експерименту

Для проведення експерименту створюємо модель експериментальної установки, що складає з аеродинамічної труби і досліджуваного радіатора.

В експерименті моделюється рух двох потоків - гарячий у трубі радіатора і холодний в аеродинамічній трубі. Моделюється процес тепловіддачі від гарячого потоку до стінок і труби радіатора і від стінок і труби радіатора до холодного потоку в аеродинамічній трубі.

Температура потоку на вході труби радіатора = 500 К.

Температура потоку на вході в аеродинамічну трубу = 293,2 К.

1. Модель радіатора складається із трубки і 2-х ребер. Трубка для радіатора l=22, d=19 (Рис. 1):

Рис.1 Рис.2

2. Закриємо трубку пробками по 2мм. від торця трубки (рис.2), щоб не змішувалися потоки, що рухаються в трубці і в аеродинамічній трубі.

3. Модель ребра (круглого) радіус зовнішній = 33 мм.(рис.3).

Рис.3 Рис.4

4. Виконаємо зборку радіатора, використовуючи сполучення «концентричність» і «задана відстань» (рис.4,5)

Рис.5 Зборка радіатора Рис.6 аеродинамічна труба

5. Конструюємо аеродинамічну трубу з параметрами:

Довжина=(3*dr +10)мм, Висота= 6*b мм, Ширина=(dr+2*b) мм.

2b-відстань між ребрами. Ставимо пробки на вхід і вихід
і робимо стінки і пробки прозорими.

6. Збираємо установку для експерименту (рис.7)

Рис.7 Установка для експерименту

2. Задаємо початкові і граничні умови для експерименту:

1. Обираємо функцію Heat Conduction In Solids (теплопровідність у твердому тілі) і задаємо тип потоку(газ).
2. Обираємо команду Internal (внутрішнє завдання) і вибираємо напрямок потоку -

по осі Z.

1. Обираємо матеріал радіатора.

4. Обираємо типу потоку- повітря (Air).

5. Задаємо початкову температуру потоку в аеродинамічній трубі.

6. Задаємо параметри, що визначають точність обчислень. Вибираємо 3-ій рівень точності і обов'язково задаємо товщину ребра радіатора = 0.001 м. і величину 2b=_____.

7. Задаємо граничні умови -швидкість і температура потоку (повітря або води) на вході в аеродинамічну трубу= 25м/с (для повітря), t=293,2K(рис.8)

Рис.8

8. Задаємо граничні умови на виході з аеродинамічної труби - атмосферний тиск (труба відкрита).

9. Задаємо граничні умови для потоку в трубі радіатора (рис.9) і задаємо температуру потоку на вході в трубу радіатора.

Рис.9

3. Відображення результатів експерименту.

1. Для побудови графіків створюємо допоміжні січні площини1, 2,3

Рис. 10 Рис.11 Розподіл швидкості потоку на площині 3.

Для оцінки правильності моделювання процесу обдува радіатора в аеродинамічній трубі побудуємо розподіл швидкості потоку на площинах 1 і 3 (рис.11,12).

Рис.12 Розподіл швидкості потоку на площині 1.

Розподіл швидкості на площинах 1 і 3 є симетричним і адекватно описує процес обтікання радіатора потоком. Цей висновок дозволяє нам перейти до термодинамічного аналізу.

Побудуємо розподіл температур на площинах 1 і 2.

1. Графіки нагріву та охолодження 2-х потоків і радіатора (рис.13,14,15,16):

Рис.13 Розподіл температури потоку в трубі радіатора(охолодження потоку)

Рис.14 Розподіл температури потоку в аеродинамічній трубі (нагрівання потоку)

Рис.15 Радіатор Рис.16 Ребро (розподіл температури)

1. Виміряємо і обчислимо кількість тепла, виділеного гарячим потоком (радіатор).

Середню температуру потоку на виході із труби радіатора вимірюємо командою Surface Parameters.

T_рад = 397.823 К; Т = 400-397.823= 2.177 K; G_рад= 0,00386 кг/сек;

Q_рад= Т *G_рад*C_p = 8,453 Вт._.

1. Вимірюємо величину теплового потоку, що виділяється поверхнею елементів радіатора (ребра, трубка, дві пробки) (рис. 17,18).

Синім позначені вимірювані величини.

Qребер = 4,7Вт. Qтруби=3,75 Вт.

Сумарний тепловий потік, який виділений поверхнями деталей радіатора Q_{виділен}=8,45 Вт.

Рис. 17 Рис. 18

3. Виміряємо і обчислимо кількість тепла, отриманого потоком (аеродинамічна труба).

Середню температуру потоку на виході з аеродинамічної труби вимірюємо командою Surface Parameters.

Т_атруби= 293,371 К; Т =293,371 – 293,2 = 0,171 K; G_атруби= 0,041 кг/сек:

Q_атруби= 7,05 Вт.

Оцінка похибки:

1. Втрати тепла через процес теплопроводності у твердому тілі (радіаторі) становлять

dQ₁= Q_рад – Q_{виділен}=0,003 Вт. (0,035%)

2.Втрати тепла через процес вимушеної конвекції в аеродинамічній трубі становлять

dQ₂ = Q_{выділен} – Q_атруби =8,45 – 7,05 = 1,4 Вт (16,5%).

Дата добавления: 2014-11-29