Методика опытного определения коэффициента теплоотдачи

и постоянных С и п критериального уравнения (3.13)

В условиях опыта тепловое движение, рассеиваемое нагревателем, передаётся боковой поверхности горизонтального цилиндра и далее в окружающее пространство путём теплового излучения, свободной конвекцией и теплопроводностью.

Суммарный тепловой поток равен мощности электронагревателя

, Вт.

Суммарная плотность теплового потока складывается из плотности теплового потока излучением (лучеиспусканием) и плотности теплового потока, характеризующего интенсивность конвективного теплообмена (конвекции совместно с теплопроводностью) :

. (3.16)

Плотность теплового потока излучением определяется по формуле (3.15), которая для нашего случая записывается так:

, (3.17)

где и - температуры соответственно стенки трубы и комнатного воздуха на удалении от трубы.

Плотность теплового потока, характеризующего интенсивность конвективного теплообмена, определяется по формуле

. (3.18)

Суммарный коэффициент теплоотдачи , коэффициенты теплоотдачи излучением , и конвективным теплообменом определяются по формулам:

; (3.19)

; (3.20)

. (3.21)

Для определения постоянных С и п в уравнении (3.13) вычисляются значения критериев Нуссельта и Грасгофа. Затем по найденным значениям этих критериев строится график в логарифмических координатах . В этих координатах опытные данные описываются прямолинейной зависимостью вида . Значение в этом уравнении характеризует угловой коэффициент (тангенс наклона) прямой на графике. Взяв на этой прямой две какие-либо произвольные точки с координатами , и , , можно вычислить угловой коэффициент (рисунок 21):

. (3.22)

Используя уравнение (3.13), можно найти постоянную

. (3.23)

Подставляя найденные значения С и в уравнение (3.13), получим конкретный вид критериального уравнения для горизонтальной трубы при свободной конвекции в неограниченном пространстве.

Описание лабораторной установки. Установка состоит из горизонтального цилиндра 1 из фарфора с вмонтированным в него нагревателем 2 (рисунок 22). Мощность нагревателя измеряется ваттметром 3 и может регулироваться с помощью автотрансформатора 4. Для измерения средней температуры стенки трубы на ее поверхности установлены горячие спаи термопар 5. Значение температур измеряются с помощью милливольтметра 6, который поочередно подключается к каждой термопаре с помощью переключателя 7. Температура воздуха измеряется термометром 8, который должен быть расположен на расстоянии не менее одного метра от трубы.

Выход установки на стационарный тепловой режим определяется
по температурным кривым разгона, регистрируемых потенциометром 9.

Рисунок 22 – Опытная установка для исследования теплоотдачи