Методические указания к лабораторным занятиям пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета




МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №5

 

Исследование конвективной теплоотдачи внутри круглой

Горизонтальной трубы

по дисциплине

 

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

 

Направление подготовки: 160700 Проектирование

авиационных и ракетных двигателей

Профиль подготовки: Ракетные двигатели твердого топлива

 

Форма обучения: очная

 

Тула 2012 г.

Методические указания к лабораторным занятиям составлены доцентом О.А. Евлановой и обсуждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета

протокол №5 от «18 » 01 2012 г.

Зав. кафедрой _____________ Н.А. Макаровец

 

 

Методические указания к лабораторным занятиям пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета

протокол № от «___ » ______ 201_ г.

Зав. кафедрой _____________ Н.А. Макаровец

 

Исследование конвективной теплоотдачи внутри круглой

горизонтальной трубы

ЦЕЛЬ РАБОТЫ– ознакомление с методикой исследования конвективной теплоотдачи внутри круглой горизонтальной трубы.

ЗАДАНИЕ

Тепло горячей воды, движущейся внутри круглой горизонтальной трубки, передается воздуху, омывающему трубу по наружной поверхности свободным потоком.

Требуется определить коэффициенты теплоотдачи водой внутренней поверхности трубы и наружной ее поверхности воздуху, а также коэффициент теплопередачи от воды к воздуху, отнесенный к 1 м длины трубы и ее диаметрам.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Варианты индивидуальных заданий в таблице 1.

Таблица 1

№ варианта d1,мм δ1, мм L,м; Материал λω, Вт/м град ω, м/сек tf1, oC
    2,5 2,0 Сталь   0,2  
    3,0 1,5 >>   0,3  
    2,5 2,2 >>   0,4  
    3,0 4,0 >>   0,5  
    4,0 5,0 >>   0,6  
    2,5 1,0 Латунь   0,6  
    3,0 1,3 >>   0,5  
    2,5 1,1 >>   0,4  
    3,0 1,55 >>   0,3  
    4,0 3,6 >>   0,2  
    2,5 0,9 Сталь   1,0  
    3,0 1,5 >>   1,2  
    2,5 3,0 >>   1,4  
    3,0 2,0 >>   1,6  
    4,0 4,0 >>   1,8  
    2,5 0,8 Красная медь   0,25  
    3,0 1,4 >>   0,35  
    2,5 1,85 >>   0,45  
    3,0 2,5 >>   0,55  
    4,0 4,2 >>   0,65  
    2,5 1,0 Сталь   0,05  
    3,0 1,2 >>   0,04  
    2,5 1,95 >>   0,03  
    3,0 2,8 >>   0,02  
    4,0 3,5 >>   0,01  

 

где d1,мм - внутренний диаметр трубы;

δ, мм - толщина стенки трубы;

L, м - длина трубы;

λω, Вт/м град - материал трубы;

ω, м/сек - средняя скорость воды;

tf1,°C - средняя температура воды;

tf2 = 20°С - температура воздуха, окружающего трубу.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Для подсчета коэффициента теплоотдачи водой внутренней поверхности трубы используют формулы:

а) для турбулентного движения (Ref > 104)

Nuf = 0,021R P ()0,25 ; (1)

 

б) для переходного движения (Ref = 2100 - 104)

Nuf = K0Prf0,43()0,25εl; (2)

Коэффициент K0 определяют по данным таблицы 2.

Таблица 2

Ref·10-3 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5            
Ko 1,9 2,2 3,3 3,8 4,4 6,0 10,3 19,5 15,5 27,0 33,3

 

в) для ламинарного режима (Ref ≤ 2100)

Nuf = 0,15Ref0,33Prf0,43Grf0,1 )0,25. (3)

Для коэффициента теплоотдачи наружной поверхностью трубы воздуху используют зависимость

Nuf = 0,47 Grf 0,25. (4)

В зависимостях (1) – (4) критерии подобия конвективного теплообмена рассчитываются по следующим зависимостям:

- критерий Нуссельта

(5)

где a – коэффициент теплоотдачи;

lf – коэффициент теплопроводности среды;

L – длина трубы;

- критерий Рейнольдса

(6)

где ω – средняя скорость среды;

d1 – внутренний диаметр трубы;

ν = 0,478 · 10-6 м2/сек - коэффициент кинематической вязкости среды (приложение 1);

- критерий Грассгофа

(7)

где β - коэффициент объемного расширения среды

Δt – температурный напор

Δt = tw – tf.

- критерий Прандля

(8)

Количество тепла, переданное средой определяется по формуле

Q = απdL(tf – tω), (9)

где tω – температура поверхности трубы;

tf - температура среды, окружающей трубу.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Для определения режима движения воды найти критерий Рейнольдса по зависимости (6).

2. Используя формулы (1) – (3), выбрать зависимость для определения коэффициента теплоотдачи водой внутренней поверхности трубы через критерий Нуссельта.

3. По приложению 1 определить значение критерия Прандтля для заданной температуры воды.

4.Найти отношение L/ d1, по которому определить поправку εl.

5. Оценить температуру внутренней поверхности трубы.

6. По приложению 1 определить значение критерия Прандтля для температуры внутренней поверхности трубы.

7.Подставляя найденные значения в выражение для критерия Нуссельта, определить его значение.

8. Используя зависимость (5), определить коэффициент теплоотдачи водой внутренней поверхности трубы α1. Коэффициент теплопроводности воды находится из таблицы приложения 1.

9. Рассчитать количество тепла, переданное водой по формуле (9).

10. Так как это тепло проходит вследствие теплопроводности и через стенку трубы, температура наружной поверхности трубы составит

где λf – коэффициент теплопроводности материала трубы.

11.Для определения коэффициента теплоотдачи наружной поверхности трубы воздуху α2 использовать зависимость (4).

12. По формуле (9) найти количество тепла, переданное воздуху.

13. Определить коэффициент теплопередачи от воды к воздуху по формуле:

14. Количество тепла определить по уравнению теплопередачи

Q = КТ πL(tf1 – tf2).

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Перечислить критерии подобия, необходимые для исследования процесса конвективной теплоотдачи внутри круглой горизонтальной трубы.

2. Записать формулы определения критериев подобия.

3. В чем состоит физический смысл используемых критериев подобия?

4. По каким формулам определяется коэффициент теплопередачи?

5. Привести формулу для определения количества тепла, переданного средой поверхности трубы.

6. Что характеризует и от чего зависит коэффициент конвективной теплоотдачи?

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Болгарский А.В. и др. Термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1975.

2. Мухачев Г.А., Шукин В.К. Термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1991.

3. Исаченко В.П. и др. Теплопередача. – М.: Энергия, 1969.

4. Лыков А.В. Тепломассообмен (справочник). – М.: Энергия, 1971

5. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике/ Под общей ред. В.С. Авджуевского. – М.: Машиностроение, 1985. – 624 с.

6. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.- М.: Энергия, 1973.

 

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: