I. Cel i przebieg doświadczenia.
Celem przeprowadzonego doświadczenia jest wyznaczenie wartości współczynników wnikania ciepła dla konwekcji wymuszonej i swobodnej. Ćwiczenie wykonałem w następujący sposób. Sprawdziłem stan wody w kotle. Otworzyłem zawory pod zbiorniczkami pomiarowymi. Otworzyłem obieg wody chłodzącej. Włączyłem zasilanie grzałek wytwornicy pary. Gdy temperatura izolacji ustaliła się wykonałem pomiar dla konwekcji swobodnej. Następnie uruchomiłem wentylator. Po ustaleniu się stanu równowagi wykonałem pomiary dla warunków konwekcji wymuszonej burzliwej.
II. Schemat aparatury.
Rys1. Schemat aparatury. 1 – wentylator, 2 – zawór, 3 – zwężka, 4,6 – termometry, 5 – wymiennik, 7 – króciec wylotowy powietrza, 8 – przewód pary, 9 – element grzejny,10 – wytwornica pary, 11 – cieczowskaz, 12 – lejek, 13 – skraplacz nadmiaru pary,14,18,22 – latarki kontrolne, 15,19 – chłodnice kondensatu, 16,20 – zbiorniczki pomiarowe, 17,21 – zawory
III. Obliczenia.
1. Konwekcja wymuszona.
Powyższą tabelę uzupełniłam korzystając z następujących zależności.
Strumień cieplny
Różnica temperatur DT1 = Tścianki – Twlot = 373 – 296,9 = 76,1 [K]
Różnica temperatur DT2 = Tścianki – Twylot = 373 – 335,43 = 37,57 [K]
Zastępcza różnica temp.
Powierzchnia wymiany ciepła A = p*d*L = 3,1415*0,05*1,5 = 0,236 [m2]
Współczynnik wnikania a = q/(A*DTe) = 304,08 /(0,236*54,59) = 23,65 [W/m2K]
Liczba Reynoldsa
Liczba Nusselta
1a. Konwekcja wymuszona (wykres).
Za pomocą programu Microcal Origin 5.0 wykonałem wykres zależnościlog(Nu) = f(log(Re)), oraz obliczyłem współczynniki metodą regresji liniowej.
Wykres 1. Zależność log(Nu) = f(log(Re)).
Równanie wyznaczone metodą regresji liniowej:
log Nu = -2,15 + 0,92 * log Re
współczynnik korelacji r = 0,99.
Zależność tą można więc przedstawić jako:
Nu = 0,0071*Re0,92
2. Konwekcja swobodna.
Lp.
q [W]
DT1 [K]
DT2 [K]
DTe [K]
a[W/m2K]
Gr
Pr
1
256,44
26,3
23,8
25,03
10,66
9,692E+09
0,734
Powyższą tabelę uzupełniłem korzystając z następujących zależności.
Różnica temperatur DT1 = Tścianki – Totocz = 50,5 – 24,2 = 26,3 [K]
Różnica temperatur DT2 = Tścianki – Totocz = 48 – 24,2 = 23,8 [K]
Powierzchnia wymiany ciepła A = p*dśr*L = 3,1415*0,204*1,5 = 0,961 [m2]
Współczynnik wnikania a = q/(A*DTe) = 256,44 /(0,961*25,03) = 10,66 [W/m2K]
Liczba Grasshofa
Liczba Prandtla
Wartość iloczynu Gr*Pr wynosi 7,11E9, obowiązuje więc równanie
Nu = 0,135(Gr*Pr)1/3
Wartość liczby Nusselta obliczona z powyższego wzoru wynosi Nu = 259,4.
Znając wartość liczby Nusselta możemy obliczyć wartość współczynnika wnikania ciepła.
xdarkax93