Около горизонтальной трубы»

ВЕДЕНИЕ

Процесс теплоотдачи путём свободной конвекции имеет широкое распространение в самых различных областях техники и производства. Например, он имеет место при передаче тепла через ограждающие конструкции зданий, от нагревательного прибора к воздуху помещения и т. д.

Значение закономерностей, которым подчиняется этот процесс, позволяет правильно проектировать теплообменные аппараты, рассчитывать необходимую толщину ограждений зданий, экономично расходовать энергоресурсы.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель работы – изучить механизм процесса конвективной теплоотдачи, влияние на его эффективность различных факторов, получить навыки обработки опытных данных на основе теории теплового подобия.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Между твёрдым телом и окружающей средой (жидкость или газ) происходит конвективный теплообмен при их непосредственном соприкосновении. При этом передача тепла происходит за счёт излучения, теплопроводности и перемещения масс среды (конвекция). Перемещение масс среды при свободной конвекции происходит под влиянием разности температур между стенкой и средой, которая определяет разность плотностей нагретого (около стенки) и холодного (вдали от стенки) вещества. Под действием сил гравитации более холодные массы опускаются вниз, более нагретые – поднимаются вверх.

Количество тепла, передаваемое от нагретой поверхности в окружающую среду в процессе свободной конвекции определяется формулой Ньютона – Рихмана:

Q = α ( t_ст – t_в ) F, Вт, ( 1 )

где α         – коэффициент теплоотдачи, Вт / м²К,

     t_ст, t_в– температуры поверхности тела и окружающей среды, ℃,

   F   - площадь поверхности, передающей тепло, м².

Это тепло передаётся в окружающую среду частично путём конвективного переноса, частично – излучением:

Q = Q_к + Q_л,                   ( 2 )

           где    Q_к – тепло, передаваемое конвекцией, Вт,

                   Q_л –тепло, передаваемое излучением, Вт.

ОПИСАНИЕ ОПЫТНОЙ УСТАНОВКИ  

Схема установки представлена на рисунке  3.

Рисунок 3 - Схема установки

Опытный элемент представляет собой горизонтально расположенный трубчатый электронагреватель (ТЭН). За счёт нанесённой на его поверхность теплоизоляции две половины его имеют различные внешние диаметры: d₂и d_3. Таким образом, здесь исследуется процесс теплоотдачи от двух цилиндров разного диаметра,покрытых алюминиевой фольгой. Температуры поверхностей цилиндров измеряются посредством термопар 2, 4, 6, 8, которые поочерёдно подключаются с помощью переключателя 10 через холодный спай 11 к потенциометру 12.

К полученным по показаниям термопар температурам необходим прибавить температуру воздуха помещения t_в.

Электрическая нагрузка нагревателя регулируется посредством лабораторного автотрансформатора, а величина её измеряется ваттметром.