![]() |
![]() |
|||||||||||||||||
Категории: АстрономияБиология География Другие языки Интернет Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Механика Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Транспорт Физика Философия Финансы Химия Экология Экономика Электроника |
Обработка результатов опытаРабота № 4
ОПЕРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ МЕТОДОМ РЕГУЛЯРНОГО РЕЖИМА.
Цель работы:
!. Ознакомление с методикой определения коэффициента теплоотдачи методом регулярного режима. 2. Определение коэффициента теплоотдачи от медного шара к воздуху в условиях свободной конвекции воздуха при охлаждении шара.
Охлаждение однородного изотропного и равномерно нагретого тела в среде с постоянной температурой проходит две стадии. В первой стадии охлаждения распределение температуры в теле в основном определяется его начальным состоянием. Эту стадию охлаждения принято называть неупорядоченным режимом Во второй стадии охлаждения распределение температуры определяется лишь физическими свойствами, геометрической формой исследуемого тела и условиями охлаждения на его границе; эта стадия охлаждения называется регулярным режимом. Регулярный режим охлаждения наступает по истечении некоторого промежутка времени
где
C – теплоемкость, Дж/(кг град);
При регулярном тепловом режиме избыточная температура в любой точке тела изменяется по экспоненциональному закону:
где А – постоянный множитель; U- функция координат точки, в которой измеряется температура тела;
Т - температура тела,
m - относительная скорость изменения температуры в единицу времени (для всех точек тела одинакова):
В соответствии с законом сохранения энергии убыль тепловой энергии
где С - теплоемкость тела,
V – объем тела,
-средняя объемная температура тела;
F - поверхность тела;
- средняя поверхностная температура Введем коэффициент неравномерности:
Тогда из уравнений (4),(5)и(6) получаем:
или
При регулярном режиме охлаждения
В теории регулярного режима, разработанной Г.М. Кондратьевым, доказывается, что между коэффициентами неравномерности
(9) где k - коэффициент формы для шара для цилиндра
для пластины
Таким образом, для определения коэффициента теплоотдачи необходимо экспериментально определить темп охлаждения m и далее используя зависимость (9) и (8) подсчитать Следует иметь в виду, что теплообмен между телом и окружающей средой представляет собой сложный процесс, включающий передачу тепла теплопроводностью, конвекцией и излучением. В данном случае, при изучении теплообмена между медным шаром и свободно движущимся воздухом, передача тепла теплопроводностью незначительна и ею можно пренебречь. Определенный в опыте коэффициент теплоотдачи следует рассматривать как суммарный коэффициент:
Рис. 4
Рис. 5
где
Количество тепла, передаваемое шаром путем теплового излучения, определяется по уравнению:
где
Так как Коэффициент теплоотдачи излучением определяется из формулы:
(11)
Описание установки. Установка состоит из исследуемого тела 1 (рис.5), в данном случае медного, шара. Диаметр шара d = 0,05896 м. Внутрь шара заложен один спай (2) дифференциальный ХК термопары, другой спай выведен наружу в окружающую среду. Свободные концы термопары подсоединены к потенциометру. (4), с помощью которого измеряется термо э.д.с., характеризующая избыточную температуру (разность температур шара и окружающей среды) в мВ. Одновременный контроль температуры окружающей среды осуществляется по ртутному термометру (3). Нагрев шара осуществляется от электрической плитки при помощи специальной подставки. Во время проведения опыты шар отгораживается от наблюдателя экраном, что исключает посторонние возмущения движения воздуха и предохраняет от случайного прикосновения к горячей поверхности шара.
Порядок проведения опыта. С помощью электрической плитки нагреть шар до такой степени, когда избыточная температура равна 51 Избыточная температура в Результаты измерений заносят в протокол наблюдений.
Протокол наблюдений.
Обработка результатов опыта. 1. По полученным данным строятся графики зависимостей
2. Из последнего графика для регулярного режима охлаждения (на прямолинейном участке) определяется темп охлаждения
3. По формуле (9) вычисляется критериальная величина
при этом коэффициент температуропроводности определяется из соотношения:
Для медного шара
Коэффициент формы
4. По графику
5. Средний коэффициент теплоотдачи шара определяется по формуле (8), учитывая, что объем шара 6. Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по формуле (11), принимая коэффициент излучения шара С = 0,418 и вычисляя температуру шара из соотношения:
где
7. Из соотношения (10) определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией.
Вопросы для теоретической подготовки. |