Методические указания к лабораторным занятиям пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №5

Исследование конвективной теплопотери снутри круглой

Горизонтальной трубы

по дисциплине

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

Направление подготовки: 160700 Проектирование

авиационных и ракетных движков

Профиль подготовки: Ракетные движки твердого горючего

Форма обучения: очная

Тула 2012 г.

Методические указания к лабораторным занятиям составлены доцентом О.А. Евлановой и оговорены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета

протокол №5 от « 18 » 01 2012 г.

Зав. кафедрой _____________ Н.А. Макаровец

Методические указания Методические указания к лабораторным занятиям пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета к лабораторным занятиям пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета

протокол № от «___ » ______ 201_ г.

Зав. кафедрой _____________ Н.А. Макаровец

Исследование конвективной теплопотери снутри круглой

горизонтальной трубы

ЦЕЛЬ РАБОТЫ – ознакомление с методикой исследования конвективной теплопотери снутри круглой горизонтальной трубы.

ЗАДАНИЕ

Тепло жаркой воды, передвигающейся снутри круглой горизонтальной трубки, передается воздуху Методические указания к лабораторным занятиям пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета, омывающему трубу по внешней поверхности свободным потоком.

Требуется найти коэффициенты теплопотери водой внутренней поверхности трубы и внешней ее поверхности воздуху, также коэффициент теплопередачи от воды к воздуху, отнесенный к 1 м длины трубы и ее поперечникам.

Начальные ДАННЫЕ

Варианты личных заданий в таблице 1.

Таблица 1

№ варианта d1,мм δ1 , мм L,м; Материал λω , Вт/м Методические указания к лабораторным занятиям пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета град ω , м/сек tf1, oC
2,5 2,0 Сталь 0,2
3,0 1,5 >> 0,3
2,5 2,2 >> 0,4
3,0 4,0 >> 0,5
4,0 5,0 >> 0,6
2,5 1,0 Латунь 0,6
3,0 1,3 >> 0,5
2,5 1,1 >> 0,4
3,0 1,55 >> 0,3
4,0 3,6 >> 0,2
2,5 0,9 Сталь 1,0
3,0 1,5 >> 1,2
2,5 3,0 >> 1,4
3,0 2,0 >> 1,6
4,0 4,0 >> 1,8
2,5 0,8 Красноватая медь 0,25
3,0 1,4 >> 0,35
2,5 1,85 >> 0,45
3,0 2,5 >> 0,55
4,0 4,2 >> 0,65
2,5 1,0 Сталь 0,05
3,0 1,2 >> 0,04
2,5 1,95 >> 0,03
3,0 2,8 >> 0,02
4,0 3,5 >> 0,01

где d1,мм - внутренний поперечник трубы;

δ , мм - толщина стены трубы;

L,м - длина трубы;

λω , Вт/м град - материал трубы;

ω , м/сек - средняя скорость воды;

tf1 ,°C - средняя температура воды;

tf2 = 20°С - температура воздуха, окружающего трубу.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Для Методические указания к лабораторным занятиям пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета подсчета коэффициента теплопотери водой внутренней поверхности трубы употребляют формулы:

а) для турбулентного движения (Ref > 104)

Nuf = 0,021R P ( )0,25 ; (1)

б) для переходного движения (Ref = 2100 - 104)

Nuf = K0Prf0,43( )0,25εl ; (2)

Коэффициент K0 определяют по данным таблицы 2.

Таблица 2

Ref·10-3 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5
Ko 1,9 2,2 3,3 3,8 4,4 6,0 10,3 19,5 15,5 27,0 33,3

в) для ламинарного режима (Ref ≤ 2100)

Nuf = 0,15Ref0,33Prf0,43Grf0,1 )0,25. (3)

Для коэффициента теплопотери внешней Методические указания к лабораторным занятиям пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета поверхностью трубы воздуху употребляют зависимость

Nuf = 0,47Grf0,25. (4)

В зависимостях (1) – (4) аспекты подобия конвективного термообмена рассчитываются по последующим зависимостям:

- аспект Нуссельта

(5)

где a – коэффициент теплопотери;

lf – коэффициент теплопроводимости среды;

L – длина трубы;

- аспект Рейнольдса

(6)

где ω – средняя скорость среды;

d1 – внутренний поперечник трубы;

ν = 0,478 · 10-6 м2/сек - коэффициент кинематической вязкости среды (приложение 1);

- аспект Грассгофа

(7)

где β - коэффициент большого расширения среды

Δt Методические указания к лабораторным занятиям пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета – температурный напор

Δt = tw – tf .

- аспект Прандля

(8)

Количество тепла, переданное средой определяется по формуле

Q = απdL(tf – tω), (9)

где tω – температура поверхности трубы;

tf - температура среды, окружающей трубу.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Для определения режима движения воды отыскать аспект Рейнольдса по зависимости (6).

2. Используя формулы (1) – (3), избрать зависимость для определения коэффициента теплопотери водой внутренней поверхности Методические указания к лабораторным занятиям пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета трубы через аспект Нуссельта.

3. По приложению 1 найти значение аспекта Прандтля для данной температуры воды.

4.Отыскать отношение L/ d1, по которому найти поправку εl.

5. Оценить температуру внутренней поверхности трубы .

6. По приложению 1 найти значение аспекта Прандтля для температуры внутренней поверхности трубы.

7.Подставляя отысканные значения в выражение для аспекта Нуссельта, найти его значение.

8. Используя зависимость Методические указания к лабораторным занятиям пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета (5), найти коэффициент теплопотери водой внутренней поверхности трубы α1. Коэффициент теплопроводимости воды находится из таблицы приложения 1.

9. Высчитать количество тепла, переданное водой по формуле (9).

10. Потому что это тепло проходит вследствие теплопроводимости и через стену трубы, температура внешней поверхности трубы составит

где λf – коэффициент теплопроводимости материала трубы.

11.Для определения коэффициента теплопотери внешней поверхности Методические указания к лабораторным занятиям пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета трубы воздуху α2 использовать зависимость (4).

12. По формуле (9) отыскать количество тепла, переданное воздуху.

13. Найти коэффициент теплопередачи от воды к воздуху по формуле:

14. Количество тепла найти по уравнению теплопередачи

Q = КТ πL(tf1 – tf2).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Перечислить аспекты подобия, нужные для исследования процесса конвективной теплопотери снутри круглой горизонтальной трубы.

2. Записать формулы определения критериев подобия Методические указания к лабораторным занятиям пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета.

3. В чем состоит физический смысл применяемых критериев подобия?

4. По каким формулам определяется коэффициент теплопередачи?

5. Привести формулу для определения количества тепла, переданного средой поверхности трубы.

6. Что охарактеризовывает и от чего зависит коэффициент конвективной теплопотери?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ Перечень

1. Болгарский А.В. и др. Термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1975.

2. Мухачев Г.А., Шукин Методические указания к лабораторным занятиям пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета В.К. Термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1991.

3. Исаченко В.П. и др. Теплопередача. – М.: Энергия, 1969.

4. Лыков А.В. Тепломассообмен (справочник). – М.: Энергия, 1971

5. Базы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике/ Под общей ред. В.С. Авджуевского. – М.: Машиностроение, 1985. – 624 с.

6. Михеев М.А., Михеева И.М. Базы теплопередачи Методические указания к лабораторным занятиям пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Ракетное вооружение» машиностроительного факультета.- М.: Энергия, 1973.


metodicheskie-ukazaniya-k-raschetu-glavnih-parametrov-karera-dlya-krutoj-zalezhi.html
metodicheskie-ukazaniya-k-resheniyu-kontrolnih-zadanij.html
metodicheskie-ukazaniya-k-resheniyu-zadachi-2.html