Расчетные формулы и расчеты

1. Атмосферное давление находится с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по формуле

, Па.

2. Температурный напор (разность температур струны и окружающей среды) находится по эмпирической формуле в зависимости от удлинения струны

, °С,

где Δl – удлинение струны, мм.

3. Средняя температура струны , °С.

4. Мощность теплового потока, выделенная при прохождении электрического тока по струне , Вт.

5. Мощность теплового потока через поверхность струны в окружающую среду за счет теплового излучения определяется по закону Стефана-Больцмана

, Вт,

где ε = 0,64...0,76 – степень черноты нихромовой проволоки, С0 = 5,67 – коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2·К4); F – теплоотдающая поверхность струны, равная 2,419·10-3, м2.

Таким образом, с учетом численных значений параметров

, Вт.

6. Тогда мощность теплового потока через поверхность струны в окружающую среду за счет свободной конвекции , Вт.

7. Коэффициент теплоотдачи , Вт/(м2·оС).

8. Теплофизические свойства воздуха (окружающей среды), необходимые для расчета критериев подобия, находятся по формулам:

плотность , кг/м3; теплоемкость ср = 1006, Дж/(кг·оС),

Коэффициент объемного расширения , 1/К.

Коэффициент теплопроводности

λ = 0,000074·tопр + 0,0245, Вт/(м·град).

Коэффициент кинематической вязкости

ν = (0,000089·tопр2 + 0,088·tопр + 13,886)·10-6, м2/c.

Коэффициент температуропроводности , м2/c.

9. Критерий Нуссельта .

10. Критерий Грасгофа .

11. Критерий Прандтля .

12. Результаты расчетов заносятся в сводную табл. 2.

13. По результатам расчетов построить в соответствующем масштабе и логарифмических координатах график зависимости критерия Nu от произведения (Gr·Pr)

.

14. Характер зависимости представить в виде прямой линии. Решив уравнение прямой линии, получить уравнение (2) в явном виде.

Таблица 2

№ п/п Расчетная величина Обозна- чение Единицы измерения Номера опытов
Температурный напор (разность температур струны и окружающей среды) Δtm °С          
Средняя температура струны tcт °С          
Количество тепла, выделенное электрическим током Qэ Вт          
Количество тепла, отданное излучением Qи Вт          
Количество тепла, отданное конвекцией Q Вт          
Коэффициент теплоотдачи α Вт /(м2·град)          
Коэффициент объемного расширения воздуха β 1/град          
Теплоемкость воздуха ср кДж/(кг·град)          
Коэффициент теплопроводности воздуха λ Вт /(м·град)          
Плотность воздуха ρ кг/м3          
Коэффициент температуропроводности воздуха а м2/с          
Коэффициент кинематической вязкости воздуха ν м2/с          
Критерий Нуссельта Nu –          
Критерий Грасгофа Gr –          
Критерий Прандтля Pr –          
Критериальное уравнение – –  
                     

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как она достигается.

2. Назовите основные узлы экспериментальной установки и укажите их назначение.

3. Как определяется средняя температура струны в данной установке?

4. Для чего замеряется барометрическое давление в данной работе?

5. Как определяется количество теплоты, отданное струной окружающему воздуху посредством конвекции?

6. Как определяется количество теплоты, отданное струной окружающему воздуху посредством излучения?

 

7. Что такое свободная и вынужденная конвекция?

8. Какой вид теплообмена называется «теплоотдачей»? Запишите и поясните основной закон теплоотдачи.

9. Каков физический смысл и размерность коэффициента теплоотдачи?

10. Какие факторы определяют интенсивность конвективного теплообмена?

11. Что такое критерий подобия?

12. Что такое «определяющая температура» и «определяющий» размер?

13. Какие критерии называются «определяющими» и «определяемыми»?

14. Для чего и как составляются критериальные уравнения?

15. Как определяется коэффициент теплоотдачи α из критериального уравнения?

16. Что характеризуют критерии Nu , Gr , Рr?