ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.07.2024
Просмотров: 131
Скачиваний: 0
значения температур воды на входе и выходе и в стенке шара. Изменение расхода воды от 0 до 75 гісек соответ ствовало изменению температуры поверхности от 97 до
30 °С.
Шар с электрическим нагревателем опускался в тер мостат с водой 27°С, и устанавливалась определенная мощность нагревателя с помощью латра. При этом из мерялся ток и напряжение в цепи нагревателя. Измене-
Р ііс. |
41. |
Зависимость теплового потока от |
времени для медных ша |
ров |
(а): |
1 -— толщина стенки полого шара |
6= 5 мм; 2 — 15; 3 — 25; |
4 — 50 мм и для полых шаров (б) с толщиной стенки 6 = 25 мм из разных металлов: 1 — медь; 2 — латунь; 3 — алюминий
нпе мощности от 0 до 1,5 кет соответствовало изменению температуры поверхности шара от 27 до 80 °С.
Найденные из опыта зависимости типа t(r, т) (рис. 40) использовались далее для определения характерис тик теплообмена (рис. 41). Связь между ними определя ется решением задачи, полученным для случая произ вольного изменения коэффициента теплообмена.
В результате описанной выше обработки данных по
лучена обобщенная зависимость |
теплового |
потока |
. от |
|||
времени, толщины стенки образца и параметра |
ср |
при |
||||
изменении этих величин в указанных выше пределах |
|
|||||
qH— 1,3410в ехр |
/ |
1,49 |
4- 0,02 т |
впг |
(3.12) |
|
|
\ |
бср |
|
мі |
|
|
112
где т-— время сек; öcp — параметр, кдж-/мг-°С. Макси
мальная погрешность приведенной формулы составляет
15%.
По найденным значениям теплового потока (рис. 41) и температуры поверхности (рис. 40, а) (температура жидкости постоянна) были определены для всех шаров
зависимости коэффициента теплообмена от времени
(рис. 42).
а-ш'.бг/м*?С
Рис. 42. Зависимость коэффициента теплообмена от времени для мед
ных |
шаров (а): 1— толщина стенки |
полого шара 6= 5 мм; 2 — рас |
чет |
по экспоненциальному методу; |
3 — 6=15 мм; 4 — 25; 5 — 50 |
и для полых шаров (б) (6=25 мм) из разных металлов: 1 — алюми ний; 2 — латунь; 3 — медь
Для шара из меди |
с толщиной |
стенки |
5 мм |
по |
(Ві = |
|
= 0,019) коэффициент |
теплообмена |
был найден |
экс |
|||
поненциальному методу (2.17) и по методу |
последова |
|||||
тельных интервалов (3.6). |
Результаты определения |
ве |
||||
личины а двумя методами |
хорошо |
согласуются |
между |
собой (рис. 42, а). Из рис. 42 следует, что коэффициент теплообмена в нестационарных условиях является функ цией времени, а также зависит от толщины стенки и свойств материала исследуемого образца.
С течением времени коэффициенты теплообмена всех образцов уменьшаются, приближаясь к общему посто янному, значению, равному 1510 вт/м2- °С. Промежуток времени, по истечении которого устанавливалось это зна чение коэффициента теплообмена, составлял 30—50 сек в зависимости от типа образца. С этого момента процесс теплообмена являлся квазистационариым. Коэффициент теплообмена в первые секунды был больше его квази
s. Зак. 1284 |
113 |
стационарного значения на 65% для полого шара с тол щиной стенки 5 мм и на 23% для сплошного шара.
При исследовании стационарного теплообмена шара с потоком жидкости в условиях вынужденной конвекции величины тепловых потоков определялись двумя спосо бами: по расходу и нагреву воды
q = cpAtG/F |
(3.13) |
II по температурам, измеренным в стенке шара:
д = — -У з |
/ ___________ И " ''! |
X |
(Г3 — г іУІ Ѵі Уз (п — П) — и (га— |
|
|
X [ f o |
п ) 1Уі Уі ^ l) ^ з^зі |
(3.14) |
|
где г3 и г4 — расстояния от центра шара до точек задел ки спаев термопар; и £4 — показания соответствующих термопар.
Используя найденные значения теплового потока, определялась температура на поверхности. Таким обра зом, была найдена зависимость теплового потока на по верхности от температуры поверхности, которая в дан ных условиях является линейной (рис. 43). Величины тепловых потоков, определенные указанными выше дву мя методами, отличаются друг от друга не более чем на 2—5% (рис. 43). Коэффициент теплообмена, найденный по полученным данным, оказался равным 1610 вт/м2- °С. Это значение близко к величине коэффициента теплооб мена, имевшего место в конце процесса нагрева шаров (рис. 42), когда наступал квазистационарный режим. Этот факт является дополнительным подтверждением достаточной точности использованных методов изме рения.
С целью дополнительной проверки достоверности опытных данных по теплообмену шара с потоком воды в стационарных условиях были проведены опыты с элек трическим и водяным нагревателями в условиях вынуж денной конвекции. В обоих случаях тепловые потоки были направлены от стенки шара к жидкости, что позво лило сравнить их между собой.
114
При использовании электрического нагревателя теп ловые потоки определялись по формуле
<7Ст — IUIF, |
(3.15) |
2 |
водяного |
где F=4nr г — поверхность шара, а в случае |
|
нагревателя |
|
<7ет = CpAtGlF.
Риг. 43. Зависимость теплового потока от температуры поверхности шара в стационарных условиях (тепловой поток направлен от жид кости к шару): 1 — расчет по формуле (3.13); 2 — по формуле (3.14)
Найденные двумя способами тепловые потоки отлича лись между собой не более чем на 8% (рис. 44).
Интересно сравнить экспериментальные данные по теплообмену шара с потоком воды в стационарных усло виях с имеющимися в литературе данными для анало гичных условий. Для этого были проведены опыты по стационарному теплообмену шара с потоком воды в условиях естественной конвекции. В этом случае тепло вые потоки подсчитывались по формуле (3.15).
Полученные результаты (рис. 45) были сравнены с зависимостью для коэффициента теплообмена при есте ственной конвекции для одиночных горизонтально рас положенных цилиндров [114]. Случай, рассмотренный в книге [114], по условиям задачи является наиболее близким к нашему.
8* |
115 |
Удовлетворительное согласование кривых 1 и 2 нз рис. 46 свидетельствует о достоверности опытов, про веденных по стационарному теплообмену в условиях ес тественной конвекции. Это в свою очередь является кос венной проверкой экспериментальных данных по ста ционарному теплообмену ' в условиях вынужденной
Рис. 44. Зависимость теплового потока от температуры поверхности
шара в стационарных условиях (тепловой |
поток направлен от |
шара |
к жидкости): 1 — опыты с электрическим |
нагревателем; 2 — с |
водя |
ным нагревателем |
|
|
Рис. 45. Зависимость стационарного теплового потока от температу ры поверхности шара в условиях естественной конвекции
116
конвекции. Некоторое расхождение в величинах крите рия Nu, не превышающее 9%, (рис. 46), объясняется, возможно, различной формой тел в этих двух случаях.
Сопоставление параметров теплообмена в нестацио нарных и соответствующих стационарных условиях. Так как сравнивать тепловые потоки и коэффициенты тепло-
T g Nuf
Рис. 46. Зависимость критерия Nu/ от параметра (G rPr)/ в условиях естественной конвекции: 1 — расчет по обобщенной зависимости [114]; 2 — результаты эксперимента
обмена необходимо при одной и той же температуре по верхности и жидкости вдали от стенки, то можно напи
сать |
, I |
' — |
<7н/‘7сі = |
“ н /а ст = |
N u H/N u CT. |
Обработка данных в виде - зависимости <7н/?ст=/(т) показала [116], что наблюдается расслоение кривых в зависимости от параметров б и ср (рис. 47), аналогичное расслоению зависимостей aa=f(x). Чем меньше толщина стенки шара и значение параметра ср, тем больше откло нение теплового потока в нестационарных условиях от значений теплового потока в соответствующих стацио нарных условиях.
Отношение (jn/tJcT уменьшается с течением времени, приближаясь к единице через интервал времени, завися щий от типа образца.
117
После введения комплекса величин Б, учитывающего теплофизические характеристики материала шара и толщину стенки, удалось объединить все кривые в одну
(рис. 48)
ГО
Б = (0,9 + 6/а) — — exp (—0,1т). (Ф)м
Рис. 47. Зависимость отношении тепловых потоков на поверхности шара в нестационарных и соответствующих стационарных условиях ■от времени: 1 — медь, 6= 5 мм; 2 — 15; 3 — алюминий, 6= 25 мм;
4 — латунь, 6=25; 5 — медь, 6=25 мм; 6 — 50
С помощью метода наименьших квадратов найдена функция, аппроксимирующая полученную зависимость'. Получаем окончательную формулу для' отношения теп ловых потоков;
= 1 + 0,885 |
т |
- 0,2 |
-2,4 |
|
exp |
||
Я с у |
т * |
|
т* |
— (0,9 -4- ö/ß) |
ср exp I —4,0 |
(3.16) |
|
|
(Ф)іѵ |
|
т* |
где т* — промежуток времени, по истеченьи которого комплекс <7нА7ст мало отличается от единицы (рис. 48). Д ля-значения комплекса, равного 1,05, т*= 40 сек.
118