Исследование теплоотдачи при естественной конвекции около горизонтального цилиндра методом имитационного моделирования процесса теплообмена - Методичка

Цель работы - экспериментальное определение коэффициента теплоотдачи на поверхности горизонтально расположенного цилиндра при естественной конвекции в неограниченном пространстве и сопоставление результатов опытов с расчетными данными.При отсутствии свободных поверхностей и однородном распределении плотности жидкости или газа сила тяжести, действующая на элемент объема среды, уравновешивается архимедовой силой выталкивания и свободная конвекция не возникает. Элементы жидкости, прилегающие к поверхности тела, принимают его температуру, начинается процесс распространения теплоты в жидкости путем теплопроводности. Подъемные силы, вызывающие движение пограничного слоя в этом случае. определяются как g(r¦-r), где r - плотность среды в пограничном слое, r¦-плотность среды вне пограничного слоя, g - ускорение свободного падения. Следовательно, подъемная сила, обусловленная изменением плотности под действием неравномерного поля температур в пограничном слое, будет равна gbr ¦(T¦ - T), и соответственно уравнения пограничного слоя для плоской (или малоискривленной) поверхности при ламинарном режиме течения запишутся в виде: уравнение движения , где x - координата, направленная вдоль пограничного слоя; y - координата, направленная поперек пограничного слоя; u,J - соответственно проекции скорости по оси x и y; m - динамическая вязкость; l - теплопроводность; Т - температура; r - плотность; ср - массовая теплоемкость при постоянном давлении.Специфика методики по оценке погрешностей заключается в том, что в данной лабораторной работе используется моделирование режимов нагрева и теплообмена по жесткой, заранее заданной программе на ЭВМ, согласно которой переход с одного режима на другой осуществляется ступенчато, а значения падения напряжения и температуры поверхности на экспериментальном участке строго фиксированы. Определяются критерии подобия Nu¦, Gr¦, Pr¦ : , , , где в качестве определяющей температуры используется температура среды Т¦; критерий Прандтля для воздуха можно принять Pr¦ = 0,7; g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения; ba = 1/Та - коэффициент объемного расширения; r¦ - плотность воздуха, определяемая из уравнения состояния 4.Поэтому теплота, отдаваемая поверхностью трубы посредством конвекции Qk , определяется как разность между теплотой Q , выделяемой электрическим током и теплотой Qи, отдаваемой посредством лучистого теплообмена, т. е. , Вт, где U - напряжение электрического тока, подаваемое на экспериментальный участок и измеряемое вольтметром в вольтах; R - электросопротивление трубы: R = r l/F, где l - длина трубы, - площадь поперечного кольцевого сечения (материала) трубы; d - наружный диаметр трубы; d0 = d - 2d - внутренний диаметр трубы; r - удельное электросопротивление материала трубы, для нержавеющей стали r определяется в зависимости от температуры: , Ом м; Определяющие критерии - это критерии, которые составлены из независимых переменных и постоянных величин, входящих в уравнения и условия однозначности, в данном случае - это критерий Грасгофа Gr и критерий Прандтля Pr.В рекомендуемом диапазоне изменения геометрических параметров рабочего участка (наружный диаметр трубы d = 20 ?50 мм, длина L = 0,5 ?1 м, толщина стенки трубы d = 0,5?1 мм ) выбирается один из вариантов геометрических характеристик рабочего участка (d, L, d) с помощью панели управления Установки. При нажатии на пиктограмму с помощью появившегося диалогового окна Вам будет предложено задать вышеуказанные параметры. щей цилиндра при числах Pr, близких к единице, можно записать в виде Здесь в качестве определяющей температуры используется температура среды Т¦, в качестве характерного размера - диаметр цилиндра d , ¦(j) - поправка, учитывающая изменение коэффициента теплоотдачи вдоль контура цилиндра в зависимости от угла j, отсчитываемого от нижней (критической) точки, значения которой приведены в табл. В практике используются также приближенные критериальные степенные зависимости, которые с некоторой погрешностью позволяют обобщить экспериментальные данные по среднему (по поверхности) коэффициенту теплоотдачи при естественной конвекции для тел простейшей формы: пластины, горизонтально и вертикально расположенных цилиндров, шаров. Критериальное уравнение для среднего коэффициента теплоотдачи имеет вид (10), в котором в качестве определяющей температуры используется среднеарифметическое значение температуры в пограничном слое Тм.= 0,5(Tw T¦), в качестве характерного размера для вертикальных пластин и цилиндров принимается высота, а для горизонтальных цилиндров и шаров - диаметр.После его запуска сначала производится поиск и тестирование необходимого оборудования и, в случае его отсутствия или несоответствия данной работе, выдается сообщение об ошибке аппаратуры как показано на рис. В этом случае Вы должны закрыть данное окно и можете продолжать работу только в режиме анализа, предварительно открыв (если таковые имеются) ранее измеренные значения. В любом случае (т. е. была ошибка оборудования или нет), перед Вами появится инфор

Оглавление

Введение

1. Краткие теоретические сведения

2. Оценка погрешностей результатов исследований

3. Порядок проведения опытов

4. Программное обеспечение

Библиографический список

Цель работы - экспериментальное определение коэффициента теплоотдачи на поверхности горизонтально расположенного цилиндра при естественной конвекции в неограниченном пространстве и сопоставление результатов опытов с расчетными данными.