Обработка результатов экспериментального исследования

Для примера задаемся падением напряжения на трубе U = 1,456 В. В трубе движется вода, расход которой возрастает, что фиксируется конфигурацией динамического напора DH по трубке Пито: DH= 473, 985 и 1582 кГ/м2.

Бывалые данные, приобретенные в процессе опыта, представлены в табл. 5.

Таблица 5

Бывалые данные по исследованию коэффициента теплопотери

Напряжение U =1,456 В

№№ пп Показания № опыта
Динамический напор Обработка результатов экспериментального исследования воды DH, кГ/м2
Температуры стены трубы, оС : t1 45,15 39,54 36,62
t2 47,70 41,43 38,17
t3 50,77 43,65 39,97
t4 54,96 46,64 42,37
t5 60,60 50,67 45,60
t6 66,86 55,10 49,13
t7 73,12 59,53 52,66
t8 79,39 63,96 56,18
t9 83,56 66,91 58,54
t10 84,87 67,84 59,27
Температура воды на входе в трубу t11, оС 22,0 22,0 22,0
Температура воды на выходе из трубы t12, оС 54,16 44,16 39,25

В качестве примера приводится расчет по определению коэффициента теплопотери второго опыта.

Обработка опытнейших данных Обработка результатов экспериментального исследования начинается с определения средней температуры поверхности стены трубы tс:

tс = =

= =
= 53, 53 оС, (20)

Средняя температура потока воды в трубе:

tж = = = 33,08 оС. (21)

При средней температуре потока по табл. 3 либо эмпирическим соотношениям (16) ¸ (19) определяются теплофизические характеристики воды:

r = 994,7 кг/м3 ; ср = 4174 Дж/(кг.К); l = 0,623 Вт/м.К); n = 0,754×10 -6 м2/с.

Число Прандтля при средней Обработка результатов экспериментального исследования температуре потока (10):

Pr = = » 5,03. (22)

Скорость движения воды в трубе:

w = = = 4,407 м/с. (23)

При движении жидкость греется на:

Dtж = t12 – t11 =44,16 – 22,0 = 22,16 оС. (24)

Количество теплоты в единицу времени, которое получает поток воды от жаркой поверхности стены трубы:

Q = G×cp×Dtж =×w×r×f×cp×Dtж = 4,407×994,7×19,635×10 -6×4174×22,16 = 7962 Вт. (25)

Плотность термического потока от стены Обработка результатов экспериментального исследования трубы к сгустку воды:

q = = = 460797 Вт/м2. (26)

Опытнейшее значение среднего коэффициента теплопотери:

aоп = = » 22536 Вт/(м2.К). (27)

Теоретическое значение среднего коэффициента теплопотери рассчитывается из уравнения подобия (6).

Число Рейнольдса (8) для потока воды в трубе:

Re = = » 29222. (28)

Такое значение числа Рейнольдса (Re > 10000) соответствует турбулентному режиму движения воды в трубе. Число Нуссельта для турбулентного Обработка результатов экспериментального исследования режима движения определяется согласно (14):

Nu = 0,021×Re 0,8×Pr 0,43 × = 0,021×29222 0,8×5,03 0,43 × = 174,3,(29)

где Prс – число Прандтля для потока воды при температуре стены:

Prс = = » 3,32. (30)

Теоретическое значение среднего коэффициента теплопотери рассчитывается из определения аспекта Нуссельта (7):

aт = = » 21720 Вт/(м2.К). (31)

Относительное расхождение опытнейшего и расчетного значений коэффициентов теплопотери составляет:

:

= 3,8 % . (32)

Аналогичный расчет проводится и по последующим двум опытам Обработка результатов экспериментального исследования данного термического режима.

По результатам расчетов составляется таблица данных по исследованию коэффициента теплопотери (табл. 6) при принужденном движении воды в трубе.

Значения местного коэффициента теплопотери aх в каждом сечении трубы определяются по формуле (5). Для их вычисления следует знать температуры поверхности стены трубы и воды в данном сечении Обработка результатов экспериментального исследования tс,х , tж,х. Температуры стены трубы определены в опыте, а температуры воды в соответственных сечениях трубы рассчитываются по формуле:

tж,х = tж1 + (tж2 – tж1) = t11 + (t12 – t11) . (33)

Таблица 6

Бывалые данные по исследованию коэффициента теплопотери

№№ пп Параметр № опыта
Средняя температура стены трубы tс, оС 64,70 53,53 47,85
Средняя температура воды tж, оС 38,08 33,08 30,63
Изменение температуры воды Dtж Обработка результатов экспериментального исследования, оС 32,16 22,16 17,25
Динамический напор воды DH, кГ/м2
Скорость движения воды v, м/с 3,057 4,407 5,583
Термический поток от стены трубы к воды, Q, Вт
Опытнейшее значение среднего коэффициента теплопотери, aоп, Вт/(м2.К)
Число Рейнольдса Re
Число Прандтля Pr 4,50 5,03 5,32
Число Прандтля при температуре стены Prс 2,74 3,32 3,69
Число Нуссельта Nu 136,6 174,3 205,0
Теоретическое значение среднего Обработка результатов экспериментального исследования коэффициента теплопотери, aт, Вт/(м2.К)
Относительная погрешность, e, % 0,84 3,8 4,1

Потому что стена трубы греется за счет прохождения через нее электронного тока, потому плотность потока теплоты считается неизменной по длине трубы qх = q = idem.

Для сечения, размещенного на расстоянии х = 150 мм приводится расчет значения местного коэффициента теплопотери для Обработка результатов экспериментального исследования второго опыта.

Температура поверхности стены трубы tс,х = t3 = 43,65 оС.

Температура воды:

tж,х = t11 + (t12 – t11) = 22,0 + (44,16 – 22,0) = 25,02 оС. (34)

Значение местного коэффициента теплопотери:

aх = = » 24734 Вт/(м2.К). (35)

Аналогично рассчитываются и значения местных коэффициентов теплопотери еще в 9 – ти сечениях. Данные расчетов представлены в табл.7.

Таблица 7

Бывалые значения местных коэффициентов теплопотери, Вт/(м Обработка результатов экспериментального исследования2.К)

x, мм
х/ℓ 0,0182 0,0455 0,1364 0,2273 0,3182 0,4545 0,6364 0,8182 0,9545 0,9909

Данные табл.7 отлично согласуются с зависимостью конфигурации относительного коэффициента теплопотери по длине трубы (рис. 1б).

Зная бывалые значения местных коэффициентов теплопотери, можно найти усредненное значение опытнейшего коэффициента теплопотери:

=
= =

= 21917 Вт/(м2.К). Вт/(м2.К). (36)

При сопоставлении с теоретическим средним значением коэффициента теплопотери выходит расхождение наименее Обработка результатов экспериментального исследования 1%.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое термообмен? Приведите пример.

2. Какие есть формы передачи теплоты?

3. Что такое теплопроводимость? Приведите пример.

4. Что такое конвекция? Приведите пример.

5. Что такое излучение? Приведите пример.

6. Что такое конвективный термообмен? Приведите пример.

7. Что такое конвективная теплопотеря? Приведите пример.

8. Что такое термический поток, плотность термического потока?

8. Запишите закон Обработка результатов экспериментального исследования Ньютона - Рихмана для термического потока, плотности термического потока.

9. Какой физический смысл коэффициента теплопотери?

10. От каких характеристик зависит величина коэффициента теплопотери?

11. Приведите дифференциальное уравнение теплопотери.

12. Запишите обобщенное уравнение подобия для конвективной теплопотери.

13. Какой вид имеет подобия для конвективной теплопотери при свободном движении воды?

14. Какой аспект подобия является определяющим при принужденном движении Обработка результатов экспериментального исследования воды?

15. Какой вид имеет уравнение подобия для конвективной теплопотери при принужденном течении воды в трубе для: ламинарного, переходного и турбулентного режимов движения?

16. Какая температура и линейный размер принимаются в качестве определяющих в аспектах подобия для конвективной теплопотери при принужденном движении воды в трубе?

17. Как меняются значения Обработка результатов экспериментального исследования местного коэффициента теплопотери по длине трубы?

18. Какой физический смысл аспекта Рейнольдса?

19. Какой физический смысл аспекта Прандтля?

20. Какой физический смысл аспекта Нуссельта?


24. По рассредотачиванию температуры в воды найти: какой коэффициент теплопотери больше a1 либо a2?

25. По рассредотачиванию температуры в воды найти: какое тепловое сопротивление передачи теплоты теплоотдачей больше 1/a1 либо 1/a2?

ЛИТЕРАТУРА

1. Исаченко Обработка результатов экспериментального исследования В. П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. - М.: Энергоиздат, 1981. – 417 с.

2. Поршаков Б.П., Бикчентай Р.Н., Романов Б.А. Термодинамика и теплопередача (в технологических процессах нефтяной и газовой индустрии): Учебник для вузов. – М.: Недра, 1987. – 349 с.

3. Практикум по теплопередаче: Учеб. пособие для вузов /А.П. Солодов, Ф Обработка результатов экспериментального исследования.Ф. Растений, А.В. Елисеев, В.А. Осипова. Под ред. А.П. Солодова. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 296 с.


obrabotka-detali-i-vibor-instrumenta.html
obrabotka-eksperimentalnih-dannih-sredstvami-mathcad.html
obrabotka-fasonnih-poverhnostej-pri-odnovremennom-dejstviiprodolnoj-i-poperechnoj-podach-rezca.html