Приазовский государственный технический университет
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К выполнению лабораторной работы № 22
«Определение коэффициента теплопередачи и
Теплоотдачи конвекцией при вынужденном движении»
Для студентов очной и заочной форм обучения
Мариуполь, 2004
УДК 621.1.016+536.2
Методические указания к лабораторной работе № 22 «Определение коэффициента теплопередачи и теплоотдачи конвекцией при вынужденном движении» для студентов очной и заочной форм обучения.
Сост.: Л.И. Хииш, Т.В. Гречко – Мариуполь.: ПГТУ, 2004 – 13 с.
Методические указания содержат сведения о процессах конвективной теплоотдачи и теплопередачи, а также ознакомление с методикой экспериментального определения коэффициентов, характеризующих эти процессы.
Составители:
Доц. Л.И. Хииш
Ст. преп. Т.В. Гречко
Ответственный за выпуск:
Зав. каф. ТТМП,
д.т.н., проф. В.А. Маслов
Лабораторная работа № 22
Цель работы: изучение процессов конвективной теплоотдачи и теплопередачи, а также ознакомление с методикой экспериментального определения коэффициентов, характеризующих этот процесс.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Процесс конвективной теплоотдачи и теплопередачи относится к сложным видам теплообмена.
Конвективной теплоотдачей называется процесс теплообмена движущегося потока жидкости или газа с твердой поверхностью.
В зависимости от причины, которой обусловлено движение среды, различают вынужденную и свободную конвективную теплоотдачу. В первом случае движение среды создается специальными устройствами (насосами, вентиляторами, компрессорами и т.п.); во втором – поток среды возникает под действием сил, возникающих вследствие неоднородного поля температур в объеме жидкости.
Величина теплового потока при конвективной теплоотдаче определяется по формуле Ньютона-Рихмана:
,
где a - коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/м2·К;
F – площадь теплоотдачи, м2;
Δ t – средняя разность температур, К.
Значение коэффициента конвективной теплоотдачи a для стационарного режима теплообмена определяется с помощью уравнений подобия
,
где с, т, п, р – экспериментальные коэффициенты;
- число Нуссельта;
- число Рейнольдса;
- число Прандтля;
- число Грасгофа;
d – характерный линейный размер системы (диаметр), м;
w – средняя скорость потока, м/с;
n - коэффициент кинематической вязкости среды, м2/с;
l - коэффициент теплопроводности среды, Вт/м·К;
a - коэффициент температуропроводности среды, м2/с;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
b - коэффициент температурного расширения среды, 1/К;
D t – разность температур стенки и среды, К.
Процесс теплообмена между двумя средами через разделяющую их стенку называется процессом теплопередачи. Он складывается из процесса теплоотдачи от греющей среды к стенке, теплопроводности через стенку и теплоотдачи от стенки к нагреваемой среде. Величина теплового потока при теплопередаче определяется по уравнению:
,
где F – площадь теплопередачи, м2;
Δ t – разность температур греющей и нагреваемой сред, К;
K – коэффициент теплопередачи, Вт/м2·К.
При условии, что d 2/ d 1 ≤ 1,2, коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле:
,
где d 2 и d 1 – соответственно наружный и внутренний диаметр
трубки, м;
a 1 и a 2 – коэффициенты конвективной теплоотдачи соответ-
ственно от греющей среды к стенке и от стенки к
нагреваемой среде, Вт/м2·К;
s – толщина стенки, м;
lс – коэффициент теплопроводности стенки, Вт/м·К.
описание опытной установки
Опытная установка состоит из горизонтальной трубы 1, заполненного водой кожуха 2, тепловой изоляции 3, електронагревателя 4, термометров (термопар) 5 и 6 для измерения температуры воздуха соответственно вначале и конце трубы, диафрагмы 7 с дифманометром 8, реостата 9 для регулирования расхода воздуха, вентилятора 12, многоточечного переключателя 10, миливольтметра 11, двух выключателей – електронагревателя 14 и вентилятора 15, термометра 13 для измерения температуры воды.
|
Установка представляет собой модель теплообменника, в котором тепло от воды, нагреваемой в кожухе-нагревателе, передается воздуху путем теплопередачи. В данном случае процесс теплопередачи состоит из переноса тепла при кипении к поверхности трубы-воздуховода, теплопроводности через стенку трубы и вынужденной конвекции тепла от стенки к воздуху.