Ministerul Educaiei i Tineretului al Republicii Moldova

Ministerul Educaiei i Tineretului al Republicii MoldovaUniversitatea Tehnic a MoldoveiFacultatea de EnergeticCatedra ,,Termotehnica i Management n Energetic

RAPORT la LucrareA de Laborator N3

la disciplina: ,, Transfer de cldur i mas Tema:,, Studierea transferului de cldur convectiv al tubului vertical la micarea liber a aerului

A efectuat: st. gr.TE-131

A verificat: lector asistent A.Cotrua

Chiinu 2015

Scopul lucrrii: Determinarea experimental a coeficientului de transfer convectiv de cldur la micarea liber a aerului pe suprafaa tubului vertical i a dependenei acestui coeficient de diferena de temperatur a suprafeei tubului i a aerului nconjurtor; Prelucrarea rezultatelor experimentale sub forma de ecuaie de invariaii; Compararea ecuaiei obinute cu cele date n literatur.1.Descrierea instalaiei

Instalaia experimental (fig 1) reprezint un tub 1 cu diametrul i lungimea .n interiorul lui este instalat nclzitorul electric 2,confecionat din aliaj de nichel i crom.Fluxul de cldur emis de suprafaa tubului 1 i transferat n mediul ambiant se determin dup puterea electric a nclzitorului,care se regleaz cu ajutorul unui ampermetru i voltmetrului 8. Considerm c toat cldura se transfer n mediul ambiant numai depe suprafaa lateral a tubului,deoarece capetele lui sunt termoizolate cu garniturile 4 i au o suprafa nensemnat n comparaie cu cea lateral.1-tub; 2-nclzitor electric; 3-stratul cilindric de nisip; 4-garnituri; 5-termocupluri; 6-comutator; 7-poteniometru de panou; 8-voltmetru; 9-autotransformator de laborator; 10-vas cu ghea Pentru msurarea temperaturii suprafeei emitoare de cldur n peretele tubului sunt instalate ase termocupluri,unite prin comutatorul 6 la ponteiometru de panou 7.Comutatorul 6 i vasul cu ghea 10,n dependen de construcia poteniometrului pot s lipseasc.

2.Efectuarea msurrilor Cuplarea n circuit a nclzitorului se efectueaz de ctre conductorul lucrrilor.nregistrarea mrimilor necesare (tabelul 1) se efectueaz la un regim strict saionar.Acest regim se caracterizeaz prin constanta n timp a indicaiei termocuplurilor i se obine 50 min dup cuplarea instalaiei sau schimbarea curentului n circuitul nclzitorului.

3.Date experimentale i de calculTabelul 1Nr.ExpIndicaia Termocuplurilor, EmVTemp.med. Temp.aerului

TensiuneaCurent.U, VInten.Curent.I, APutereanclzit.W

13141617media

11,641,661,731,191,5566,221,0300,721

22,732,772,92,042,619022,540140

33,683,723,932,803,53112,322,5481,362,4

43,964,034,33,083,84119,523501,3567,5

m ; m; Dup obinerea regimului staionar se efectueaz trei msurri ale indicaiilor tuturor aparatelor,peste fiecare 3...5 min. Pentru trecerea la un nou regim de experien este necesar de a schimba curentul n circuit.

4.Prelucrarea datelor experimentale Indicaiile termocuplurilor se transfer n C conform,anexelor 2,3,4.

Valorile fluxului de cldur transmis prin convecie se calculeaz din relaiile de mai jos: (1)

(2)

(3)

unde: este fluxul termic emis de nclzitor,W; -fluxul termic emis de suprafa prin radiaie, W; U-tensiunea curentului, V; I-intensitatea, A; -coeficientul de radiaie al suprafeei tubului, ; i - temperaturile absolute ale suprafeei i fluidului ambiant,K; S-suprafaa lateral a tubului, .

Rezultatele calculelor se introduc n tabelul (2). n acest tabel se introduc de asemenea valorile lui ,Pr citite din anexa 4 dup temperatura determinant, egal cu temperatura medie a aerului . Valoarea coeficientului se determin cu relaia:

(4)Tabelul 2Nr.exp

W

PrGr

NulnNuln(GrPr)

18,93411,3345,2212,6015,160,7036,56435,86,0722,25

219,6214,4567,522,52,6115,290,7039,58553,76,322,63

332,2416,9489,822,52,6115,290,7031,27649,36,422,917

434,0517,1196,5232,6115,340,7031,35655,66,422,98

n prelucrarea primar rezultatele experienilor se reprezint sub form de grafic , unde . Apoi datele experimentale se prelucreaz sub form de ecuaia cu invariaii i se redau n form:

Coeficienii din ecuaie i se determin n felul urmtor:a. Se calculeaz valorile criteriilor Nu, Gr i Pr pentru fiecare regim termic;b. Se calculeaz lnNu, ln(PrGr) i se depun n coordonatele lnNu ln(GrPr) punctele corespunztoare prin care se traseaz dreapt medie;c. Se calculeaz valoarea exponentului cu relaia;

, (5)

unde: i sunt coordonatele a dou puncte oarecare pe dreapta medie;d. Se calculeaz valoarea constantei:

5.Exemplu de calcul

Determinarea valorii fluxului de cldur emis de nclzitor:

=300,7=21 W ;

Determinarea valorii fluxului termic emis de suprafa prin radiaie:

;

Determinarea valorii fluxului de cldura transmis prin convecie :

;Determinarea valorii coeficientului de convecie de la perete spre mediul ambiant:

;

Calculm criteriul Grasshoff , care caracterizeaz aciunea reciproc a forelor ascensionale i a forelor de viscozitate ale fluidului la convecie liber i n primul rnd calculm coeficientul de dilatare a fluidului, n .

Calculm criteriul Nusselt , care caracterizeaz transferul de cldur la frontiera lichid perete i reprezint raportul dintre rezistena termic la conducie i rezistena termic la convecie a fluidului.

Calculm lnNu, ln(PrGr) :

Rezultatele obinute se introduc n tabelul 2 i se reprezint sub form de grafic logaritmic dependena ln Nu - ln(GrPr), dup care gsim exponentul n2.

unde: i sunt coordonatele a dou puncte oarecare pe dreapta medie.

Dup trasarea graficului logaritmic din fig 3 determinm exponentul .

Calculm valoarea constantei c2 cu formula:

Formula general va fi:

Concluzie:n urma efecturii acestei lucrri de laborator noi am determinat transferul de cldur convectiv al tubului vertical la micarea liber a aerului.Am observat c la mrirea diferenei de temperatur dintre medii coeficientul de transfer de cldur prin convecie se micoreaz.