A B I N S

ABINS
Лабораторная работа №4
Задание:

Провести измерения средней температуры поверхности
горизонтально расположенной трубы и определить коэффициент
теплоотдачи при свободном движении окружающего воздуха для
нескольких режимов нагрева.

Обобщить результаты эксперимента с использованием теории
подобия.
3
d
1
2
l
Принципиальная схема установки
1 – металлическая труба; 2 – нагреватель; 3 – термопары
Горизонтальная металлическая труба с внутренним
электрическим нагревателем.
На наружной поверхностях трубы установлено
шесть термопар для измерения средней температуры.
Автотрансформатор
для регулировки мощности
нагревателя
Милливольтметр
для измерения термо-ЭДС
термопар
Переключатель
термопар
Включи электропитание установки:
трансформатор
Включи установку,
поставь режим «теплоотдача»
Момент включения установки
соответствует нулевому моменту времени.
Установи мощность
нагревателя
согласно указаниям
преподавателя или
лаборанта.
Показания трансформатора
(мощность нагревателя)
Геометрические
параметры трубы
Комнатную
температуру
С интервалом в 5 минут определяй
среднее значения температуры на
поверхности трубы.
Сними показания милливольтметра на
каждой из шести термопар
Результаты измерений занеси в таблицу.
Например так…
Время,
мин
t,
1
Показания термопар, мВ
2
3
4
5
6
0
0
0
0
5
1,15
1,2
0
0
1,25 1,25
0
С
tcт,
о
С
0
24,5
о
W,
Вт
1,2 1,15
10
15
…
Вычисли среднее значение термо-ЭДС всех шести термопар.
В примере это 1,2 мВ .
Используя тарировочную таблицу хромель-копелевой термопары,
Справочная таблица термопары (хромель-копель)*
Температура,
0
1
2
3
5
6
7
8
9
−1,64
−1,02
−0,38
0,39
1,05
1,70
2,38
3,07
3,77
4,48
5,20
5,92
−1,70
−1,08
−0,45
0,46
1,11
1,77
2,45
3,14
3,84
4,55
5,27
5,99
−1,77
−1,14
−0,51
0,52
1,18
1,84
2,52
3,21
3,91
4,62
5,34
6,07
−1,83
−1,21
−0,58
0,59
1,24
1,91
2,59
3,28
3,98
4,69
5,41
6,14
ТермоЭДС, мВ
°С
−20
−10
−0
+0
10
20
30
40
50
60
70
80
4
−1,27
−0,64
0
0
0,65
1,31
1,98
2,66
3,35
4,05
4,76
5,48
−1,35
−0,70
−0,06
0,07
0,72
1,38
2,05
2,73
3,42
4,12
4,83
5,56
−1,39
−0,77
−0,13
0,13
0,78
1,44
2,12
2,80
3,49
4,19
4,90
5,63
−1,46
−0,83
−0,19
0,20
0,85
1,51
2,18
2,87
3,56
4,26
4,98
5,70
−1,52
−0,89
−0,26
0,26
0,91
1,57
2,25
2,94
3,63
4,33
5,05
5,78
переведи милливольты в градусы:
−1,58
−0,96
−0,32
0,33
0,98
1,64
2,32
3,00
3,70
4,41
5,12
5,85
величина термо-ЭДС 1,2 мВ - соответствует 10 + 8,6 = 18,6
оС
ВНИМАНИЕ! Не забывай, что термопары показывают превышение
температуры измерительного спая над комнатной.
Это означает, что полученная по тарировке величина соответствует
разности температур стенки трубы и атмосферного воздуха
18,6 оС = tст – tатм =  t
и для определения температуры поверхности трубы, к показаниям
термопар следует добавить значение комнатной температуры:
tатм = 43,1 оС.
+ 24,5
tст =  t + tатм =
Результаты определения температуры занеси в таблицу:
Время,
мин
t,
1
Показания термопар, мВ
2
3
4
5
6
0
0
0
0
0
5
1,15
1,2
1,2
1,15
0
0
2,25 1,25
С
tcт,
о
С
0
24,5
о
W,
Вт
10
15
…
Не забывай регистрировать мощность нагревателя, например: 75
75 Ватт
Повторяй процедуру определения средней температуры
поверхности трубы с интервалом в 5 минут.
Данные заноси в таблицу.
Время,
мин
t,
Показания термопар, мВ
оС
tcт,
оС
W,
Вт
75
1
2
3
4
5
6
0
0
0
0
0
0
0
0
24,5
5
1,15
1,2
1,25
1,25
1,2
1,15
18,6
43,1
75
10
2,95
3,0
3,05
3,1
3,0
2,9
45,0
69,5
75
15
3,9
4,0
4,0
4,05
4,05
4,0
59,3
83,8
76
20
4,45
4,45
4,5
4,55
4,55
4,5
66,4
90,9
76
25
4,55
4,55
4,6
4,65
4,65
4,6
67,7
92,2
76
30
4,6
4,65
4,65
4,7
4,65
4,65
68,1
92,6
76
Продолжай измерения до установления стационарного теплового
режима, когда температура поверхности не перестанет изменяться с
течением времени.

Из закона Ньютна-Рихмана (Q =  A t ) рассчитай коэффициент
теплоотдачи на поверхности трубы  .

Используя таблицу «Теплофизические свойства воздуха»
(Приложение 4) по комнатной температуре найди величину
критерия Прандтля (Pr).

Вычисли значения критерия Грасгофа ( Gr = g  l 3 t / 2) и
критерия Нуссельта ( Nu =  l /  ), для нахождения
теплопроводности и вязкости воздуха используй таблицу свойств
воздуха (Приложение 4).

Рассчитай величины lg (Nu) и lg (Gr Pr).
Переходи к следующему режиму.
Измени мощность
нагревателя согласно
указаниям преподавателя
или лаборанта.
Повтори измерения температуры
поверхности трубы в стационарном
режиме и критериальную обработку
полученных опытных данных:
рассчитай величины lg (Nu) и lg (Gr Pr).
Повторяй эту процедуру для нескольких режимов, количество
которых ( 2 - 4 ) задается преподавателем.
Когда все замеры выполнены …
Проведи графическую обработку
результатов опытов:
В логарифмических координатах
график критериального
теплоотдачи
при
движении окружающего
Nu = 0,5 (Gr
в виде прямой линии
Pr)0,25
lg(Nu) = lg 0,5 + 0,25 lg(Gr Pr).
1
lg Nu
- построй
уравнения
свободном
воздуха
1,5
0,5
0
-0,5
0
1
2
3
4
lg (Gr Pr)
- на графике нанеси точки, соответствующие результатам,
полученным при обработке каждого режима нагрева.
- оцени относительную погрешность отклонения опытных
данных от критериального уравнения.
5
6
СОБСТВЕННО
ГОВОРЯ…