Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

download Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

of 26

Embed Size (px)

Transcript of Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    1/26

    2. Studiul experimental al transferului de cldur princonvecie forat peste evi

    Instalaia prezentat n continuare permite determinarea experimental acoeficientului mediu de transfer de cldur prin convecie la curgereatransversal a aerului peste un cilindru singular sau peste un fascicul de evii determinarea coeficientului local de transfer de cldur prin convecie, pecircumferina unui cilindru.

    Descrierea instalaiei

    Instalaia experimental este prezentat n figura 2.1.

    Fig. 2.1. Instalaia experimental pentru studierea coeficientului de transfer decldur prin convecie la curgerea aerului peste un fascicul de evi

    Principalele elementele componente ale instalaiei experimentale suntprezentate n figura 2.2 .

    Fasciculul de evi este simulat de un ansamblu de tuburi de plastic,avnd o dispunere n triunghi.

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    2/26

    20 Transfer de cldur ndrumar de laborator

    Fig. 2.2. Instalaia experimental: schema de principiu i elementele componente

    Modificarea structurii seciunii de curgere a aerului, respectiv curgereapeste un cilindru singular sau peste un fascicul de tuburi se realizeaz prinutilizarea unor plci a cror geometrie este prezentat n figura 2.3.

    Priz pentruconectareaelementului denclzire

    ComutatorPoziia sus:indictemperaturaelementuluitermorezisteneiPoziia jos:indic

    temperaturaaerului n canalulde aer

    Priz pentruconectarea

    termocuplului caremasoartemperatura aerului

    Termometruldigital

    Voltmetrul Buton deoprire/pornire

    Comutatorvoltmetru:Poziia sus: 35V;Poziia jos: 70V

    Regulator detemperatur

    Difuzor deadmisie

    Elementul de nclzire itermocuplul pentrutemperatura suprafeei

    Manometrulpentrumsurareapresiunilormici

    Manometrul

    pentrumsurareapresiunilor mari

    Canalulde aer

    Evacuareaaerului

    Diafragma

    Buton deoprire/pornire

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    3/26

    Studiul experimental al transferului de cldur prin convecie forat peste evi 21

    Fig. 2.3. Placa monotubulari placa multitubularta temperatura aerului; ts temperatura suprafeei.

    Fluidul care circul peste tuburi este aerul. Principalele elementecomponente ale instalaiei sunt prezentate n continuare.

    Canalul de aer vertical are la partea superioar un difuzor de admisie,iar la partea inferioar un ventilator. Debitul aerului aspirat (care circul prin

    Elementcilindric

    ts

    Arianclzit

    Placmonotubular

    Placmultitubular

    Tuburiretractabile cepot fi nlocuite

    prin elementulcilindricnclzit electric

    Fascicul de tuburi

    ta

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    4/26

    22 Transfer de cldur ndrumar de laborator

    canal) este controlat cu ajutorul unei diafragme, situat n seciunea deevacuare a aerului.

    Elementul de nclzire este alctuit dintr-un cilindru din cupru care estenclzit electric. Termocuplul care msoar temperatura suprafeeicilindrului este ncastrat n acesta. Prile finale ale elementului de nclziresunt izolate termic n scopul reducerii erorilor datorate conduciei axiale.Tensiunea maxim de alimentare a elementului de nclzire este de 70V.Consola are ncorporat un releu, care oprete alimentarea elementului denclzire cu energie n cazul n care temperatura suprafeei acestuiadepete 100 C.

    Controlul fluxului de cldur se face cu ajutorul unui transformator de

    tensiune reglabil, care regleaz tensiunea cu care este alimentat elementul denclzire. Valoarea acesteia este afiat numeric pe aparatul de msur.Dispozitivul de afiare digital a temperaturii indic att temperatura

    suprafeei elementului de nclzire, ct i pe cea a aerului din canalul de aer.Rezoluia instrumentului este de 0,1C, iar selectarea temperaturii afiate seface cu ajutorul unui comutator. Comutatorul este construit n aa fel nct,n poziia liber afieaz temperatura suprafeei elementului de nclzire.Cnd acesta este apsat, indic temperatura aerului din canal.

    Un voltmetru analogic este situat n centrul consolei i indic tensiuneacu care este alimentat elementul de nclzire. Domeniul de msur alacestuia este 070V.

    Cele dou manometre montate pe canalul de aer msoar diferena depresiune. Unul este folosit pentru presiuni mici (0-30 mmH2O), iar cellaltpentru presiuni mari (0-70 mmH2O).

    Placa monotubular este o plac plan de plastic transparent, prevzutcu un orificiu central n care se introduce elementul de nclzire.

    Placa multitubular este, de asemenea, o plac plan de plastictransparent, cu 27 de orificii, aezate ntr-o reea triunghiular. Tuburilecentrale din fiecare rnd pot fi nlocuite cu elementul de nclzire.

    Caracteristicile tehnice ale instalaiei

    Canalul de aer:- nlimea: L = 1,2 m;- aria seciunii transversale: S = 65mm 150mm = 9,7510-3m2.

    Elementul de nclzire:- diametrul exterior: D = 15,8 mm;- lungimea suprafeei nclzite: L = 50 mm;- aria suprafeei nclzite: A = 2,482 10-3 m2;- rezistena electric: R = 66,1 .

    Tuburile retractabile:- seciunea minim de curgere n fasciculul de tuburi:

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    5/26

    Studiul experimental al transferului de cldur prin convecie forat peste evi 23

    Smin = 4,160 10-3 m2;

    - pasul longitudinal / pasul transversal: sL /sT= 27,5 / 32 mm.

    Notaii i relaii de calcul:

    Nu numrul Nusselt:a

    D

    =Nu ;

    pa [N/m2] presiunea atmosferic; se msoar sau se poate

    considera pa 105N/m2;

    Pr numrul Prandtl pentru aer;Prs numrul Prandtl pentru aer la temperatura peretelui;Q [W] fluxul de cldur transferat (puterea electric disipat

    n elementul de nclzire):R

    UQ

    2= ;

    qs [W/m2] fluxul de cldur unitar de suprafa:

    A

    Qqs = ;

    Re numrul Reynolds la curgerea peste un cilindru:

    a

    Dw

    =Re ;

    Remax numrul Reynolds maxim la curgerea peste un

    fasciculul de cilindri:a

    Dw

    = maxmaxRe ;

    ta [C] temperatura aerului din canal;ts[C] temperatura suprafeei elementului de nclzire;U [V] tensiunea;w [m/s] viteza aerului prin canal (cu pa exprimat n bar):

    ( )

    a

    a

    p

    Htw

    +=

    15,273294,74

    wmax [m/s] viteza maxim a aerului n fasciculul de tuburi:

    34,210160,4

    1075,93

    3

    minmax =

    ==

    wwS

    Sww ;

    [W/m2K] coeficientul de transfer de cldur prin convecie

    pentru peretele plan, determinat experimental:t

    qs

    = ;

    H[mmH2O] diferena de presiune;t[C] diferena de temperatur dintre suprafaa elementului

    de nclzire i aer: t= ts ta;a [W/(mK)] conductivitatea termic a aerului;a [Ns/m

    2] vscozitatea dinamic a aerului: a = aa;

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    6/26

    24 Transfer de cldur ndrumar de laborator

    s [Ns/m2] vscozitatea dinamic a aerului la temperatura

    suprafeei peretelui: s = ss;a [m

    2/s] vscozitatea cinematic a aerului;

    a [kg/m3] densitatea aerului:

    15,273

    15,273293,1

    +=

    aa

    t.

    Proprietile aerului, funcie de temperatur, se prezint n anexa 2.1.

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    7/26

    Studiul experimental al transferului de cldur prin convecie forat peste evi 25

    2.1. Determinarea experimental a coeficientului mediu de transfer de

    cldur prin convecie la curgerea transversal a aerului peste un

    cilindru

    2.1.1. Scopul lucrrii

    Lucrarea urmrete determinarea experimental a coeficientului mediude transfer de cldur prin convecie la curgerea transversal a aerului pesteun cilindru.

    2.1.2. Efectuarea lucrrii

    Etapele ce trebuie urmrite la derularea lucrrii practice sunturmtoarele:

    1. Asigurai-v c instalaia i aparatul de msur sunt scoase de subtensiune;

    2. Aezai placa monotubular pe poziie;3. Introducei elementul de nclzire n fanta plcii i conectai cablul la

    aparatul de msur;4. Conectai racordul de presiune al manometrului din partea superioar

    a aparatului la tuul din canalul de aer;5. nchidei diafragma i apsai butonul de pornire;

    6. Modificai poziia diafragmei urmrind indicaia manometrului depresiuni mici, n aa fel nct s obinei o vitez a aerului prin canalct mai mic (ceea ce corespunde unui H de aproximativ 4 mmH2O);

    7. Comutai tensiunea pe 70V. Modificai poziia regulatorului detemperatur pn cnd vei obine o temperatur a elementului denclzire (ts) de aproximativ 95

    C. La o vitez mic a aeruluitransferul de cldur este redus i de aceea este recomandatcreterea treptat a temperaturii, lsnd timp de stabilizare dupfiecare modificare a tensiunii. Dup stabilizarea regimului defuncionare (ts = constant), citii i notai n tabelul 2.1. mrimile: ts,

    ta,Ui H;8. Reglai diafragma n aa fel nct s cretei viteza aerului, adicH,

    i modificai poziia regulatorului de cldur pn cnd se obineaceeai temperaturts. Dup stabilizarea regimului de funcionare (ts= constant), citii i notai n tabel mrimile: ts, ta,Ui H;

    9. Procedai analog pentru alte viteze ale aerului, pn la atingereavitezei maxime (diafragma este deschis complet);

    Rezultatele msurtorilor se vor trece n tabelul 2.1, iar mrimilecalculate n tabelul 2.2.

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    8/26

    26 Transfer de cldur ndrumar de laborator

    Tabelul 2.1

    Date experimentale

    Mrimi msurate

    Nr. determinrii

    experimentale1 2 3 4 5 6

    ts [0C]

    ta [0C]

    H[mmH2O]U[V]

    Tabelul 2.2

    Date calculate

    Mrimi calculate

    Q[ W]qs [W/m

    2]t[K] [W/m2K]w [m/s]a [m

    2/s]Re

    a [W/mK]Nu

    2.1.3. Exemplu de calcul

    Pentru exemplificarea modului de calcul s-au considerat urmtoarelevalori : p = 0,992 bar; ts = 94 C; ta = 19 C; H= 4 mm H2O; U = 37,5 V.

    Folosind relaiile de calcul prezentate mai sus s-au obinut valorile dintabelul 2.3.

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    9/26

    Studiul experimental al transferului de cldur prin convecie forat peste evi 27

    Tabelul 2.3Exemplu de calcul pentru determinarea experimental a coeficientului mediu de

    transfer de cldur prin convecie la curgerea transversal a aerului peste uncilindru

    Q

    [W]qs

    [W/m2]t

    [K]

    [W/m2K]w

    [m/s]a

    [m2/s]Re a

    [W/mK]Nu

    20 8094 75 107,9 8,06 1,50310-5 8473 0,0258 66,07

    In tabelul 2.4. se prezint cele mai importante relaii de calcul pentrudeterminarea numrului Nusselt.

    Tabelul 2.4

    Relaii de calcul pentru determinarea numrului NusseltAutor

    Relaia de calculCondiii devalabilitate

    Zhuhauskas,25,0

    37,06,0

    Pr

    PrPrRe26,0

    =

    s

    Nu Re = 103 2105

    Whitaker

    ( )

    25,04,067,05,0

    PrRe06,0Re4,0Nu

    += s

    a

    Re = 10 105

    Churchill i Bernstein

    ( )[ ]

    5/48/5

    4/132

    3121

    28200

    Re1

    Pr/4,01

    PrRe62,03,0Nu

    +

    +

    +=

    RePr> 0,2

    Se va reprezenta grafic, variaia numrului Reynolds n funcie decoeficientul de transfer de cldur prin convecie, pentru diferite relaii decalcul ale numrului Nusselt, = f(Re). Pe aceeai diagram, pentrucomparaie, se vor reprezenta i variaiile = f(Re) obinute prin aplicareaprincipalelor relaii de calcul din literatura de specialitate (Re, ta i ts auvalorile din determinrile experimentale).

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    10/26

    28 Transfer de cldur ndrumar de laborator

    70

    90

    110

    130

    150

    170

    190

    210

    230

    250

    270

    8517 13473 16493 19041 23328 26932 30116 31586

    Numarul Re

    Coeficientuldetransferdecalduraconvectiv

    [W/m

    2K]

    Whitaker

    Churchill & Bernstein

    Zhuhauskas

    Experimental

    Fig. 2.4. Variaia numrului Reynolds n funcie de coeficientul de transfer decldur prin convecie, pentru diferite relaii de calcul ale numrului Nusselt -

    exemplu

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    11/26

    Studiul experimental al transferului de cldur prin convecie forat peste evi 29

    2.2. Determinarea coeficientului de transfer de cldur pe fiecare rnd

    al unui fascicul de tuburi

    2.2.1. Scopul lucrrii

    Lucrarea urmrete determinarea coeficientului de transfer de cldurpe fiecare rnd al unui fascicul de tuburi.

    2.2.2. Efectuarea lucrrii

    Etapele ce trebuie urmrite la derularea lucrrii practice sunturmtoarele:

    1. Asigurai-v c instalaia i aparatul de msur sunt scoase de subtensiune;

    2. Aezai placa multitubular pe poziie;3. Introducei elementul de nclzire n prima fant a plcii (primul rnd

    de sus) i asigurai-v c n celelalte rnduri ai introdus cele 5 tuburiretractabile. Conectai cablul elementului de nclzire la aparatul demsur;

    4. Conectai racordul de presiune al manometrului din partea superioara aparatului la tuul din canalul de aer;

    5. nchidei diafragma i apsai butonul de pornire;

    6. Modificai poziia diafragmei urmrind indicaia manometrului depresiuni mici, n aa fel nct s obinei o vitez a aerului prin canalct mai mic (ceea ce corespunde unui Hde aproximativ 1,5 mmH2O);

    7. Comutai tensiunea pe 70 V. Modificai poziia regulatorului decldur pn cnd vei obine o temperatur a elementului denclzire (ts) de aproximativ 95

    C. La o vitez mic a aeruluitransferul de cldur este redus i de aceea este recomandatcreterea treptat a temperaturii, lsnd timp de stabilizare dupfiecare modificare a tensiunii. Dup stabilizarea regimului defuncionare (ts = constant), citii i notai, pentru rndul 1, mrimile:

    ts, ta,Ui H;8. Reglai diafragma n aa fel nct s cretei viteza aerului, adic

    reglai H=56 mm H2O i modificai poziia regulatorului de cldurpn cnd se obine aceeai temperatur ts. Dup stabilizarearegimului de funcionare (ts = constant), citii i notai, pentru rndul1, mrimile: ts, ta,Ui H;

    9. Procedai analog pentru alte viteze ale aerului, pn la atingereavitezei maxime (diafragma este deschis complet);

    10. Stabilii poziia regulatorului de cldur la valoarea minim pentru apermite elementului de nclzire s se rceasc;

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    12/26

    30 Transfer de cldur ndrumar de laborator

    11. Introducei elementul de nclzire n al doilea rnd i tubulretractabil din acest rnd n primul;

    12. Repetai ntregul experiment pentru rndul 2;13. Repetai ntreaga procedur pentru toate cele 6 rnduri.

    Pentru fiecare rnd de tuburi, rezultatele msurtorilor se vor trece ntabelul 2.1 iar rezultatele mrimilor calculate se vor trece n tabelul 2.2.

    2.2.3.Exemplu de calculPentru exemplificare, n figura 2.5 se prezint variaia coeficientului

    de convecie cu numrul Re pentru cele 6 rnduri de tuburi din fascicul.

    100

    120

    140

    160

    180

    200

    220

    240

    260

    280

    10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000

    Numarul Re

    Coeficientu

    ldetransferdecalduraconvectiv

    [W/m

    2K]

    Randul 1

    Randul 2

    Randul 3

    Randul 4

    Randul 5

    Randul 6

    Fig. 2.5. Variaia coeficientului de transfer de cldur prin convecie cu numrul

    Re pentru cele 6 rnduri - exemplu

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    13/26

    Studiul experimental al transferului de cldur prin convecie forat peste evi 31

    2.3. Determinarea coeficientului de corecie N care ine seama de

    numrul rndurilor de tuburi N, din fascicul

    2.3.1. Scopul lucrrii

    Lucrarea urmrete determinarea coeficientului de corecie N care ineseama de numrul rndurilor de tuburi Ndin fascicul.

    Consideraii teoretice

    Coeficientul mediu de transfer de cldur convectiv pe un tub al unui

    fascicul depinde de poziia tubului n fascicul. Pentru tuburile din primulrnd, este aproximativ egal cu cel determinat la curgerea transversalpeste un cilindru singular. Pentru tuburile din celelalte rnduri, coeficientulconvectiv este mai mare datorit turbulenei sporite de prezena tuburilor dinamonte. Dup un anumit numr de rnduri, ns, condiiile de transfer decldur se stabilizeaz, astfel c rmne acelai pentru urmtoarelernduri din fascicul.

    Coeficientul convectiv mediu pe un fascicul se poate determinafolosind, de exemplu, relaia de calcul:

    N34,0635,0

    max PrRe273,0Nu = , (2.1)

    n care N este un coeficient de corecie care ine seama de numrulrndurilor de tuburi Ndin fascicul. DacN> 10 se poate considera N = 1.Dependena N= f(N) este prezentat n figura 2.6.

    Fig. 2.6. Variaia coeficientului de corecie pentru fiecare rnd din fascicul

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    14/26

    32 Transfer de cldur ndrumar de laborator

    2.3.2. Efectuarea lucrrii

    n aceast lucrare se vor folosi datele experimentale obinute n lucrarea2.2. n primul rnd se determin numerele Nui Remax medii pentru fiecarernd i fiecare determinare experimental. Astfel, de exemplu, pentrudeterminarea experimental aferent rndului 1, folosind valorile din primacoloan a tabelelor din lucrarea 2.2 se obin:

    6

    NuNuNuNuNuNuNu

    16

    15

    14

    13

    12

    111 RandRandRandRandRandRand +++++=

    (2.2)

    i

    6

    ReRe

    6

    ReReReReRe

    16max,

    15max,

    14max,

    13max,

    12max,

    11max,1

    max

    RandRand

    RandRandRandRand

    ++

    ++++

    =

    (2.3)

    n mod similar, se determin numerele Nu i Remax medii i pentrucelelalte rnduri. Datele obinute se vor trece n tabelul 2.5:

    Tabelul 2.5

    Date experimentale i calculate pentru lucrareNr. determinrii

    experimentale1 2 3 4 5 6

    Poziia diafragmeidifuzorului

    maxRe

    Nu

    Se face observaia c, pentru fiecare rnd, n fiecare determinareexperimental, numrul Remax rmne aproximativ constant, deoarece vitezaaerului este practic aceeai.

    n continuare se reprezint grafic perechile de valori (lg Nu , lg maxRe ).

    Se va observa c acestea se situeaz pe o dreapt. Ca urmare, Nu i

    maxRe pot fi corelate printr-o funcie de tipul Nu = C1 1maxRem

    . Exponentulm1i constanta C1 reprezint, panta i respectiv ordonata n origine a dreptei

    lg Nu = lgC1 + m1 lg 1maxRem

    ; m1i C1 se pot determina imediat din grafic.

    Se compar acum relaia determinat experimental, Nu = C1 1maxRem

    , curelaia recomandat n literatura de specialitate. Dac, mm 1 , rezult c

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    15/26

    Studiul experimental al transferului de cldur prin convecie forat peste evi 33

    NC =

    34,0

    1 Pr273,0 . Introducnd n aceast relaie valoarea lui Pr latemperatura aerului din timpul determinrilor experimentale se obineimediat N , care se compar cu valoarea din diagrama care nsoete relaia(2.1).

    2.3.3. Exemplu de calcul

    Folosind, de exemplu, datele msurate la lucrarea 2.2. pentru fiecarernd de tuburi i fiecare poziie a diafragmei difuzorului, se obine numrNusselt mediu i numrul Reynolds mediu, prin intermediulcrora se va determina pentru fiecare rnd factorul de corecie:

    34,0635,0max PrRe273,0NuN = .

    Astfel, se poate reprezenta grafic variaia factorului de corecie Npentru fiecare rnd din fascicul (figura 2.7).

    0,6

    0,7

    0,8

    0,9

    1

    1 2 3 4 5 6

    Randul din fascicul

    FactorulN

    Fig. 2.7. Variaia factorului Npentru fiecare rnd al fascicolului de tuburi -exemplu

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    16/26

    34 Transfer de cldur ndrumar de laborator

    2.4. Determinarea coeficientului de transfer de cldur pentru un

    schimbtor de cldur cu 6 rnduri de tuburi

    2.4.1. Scopul lucrrii

    Lucrare urmrete determinarea coeficientului de transfer de cldurpentru un schimbtor de cldur cu 6 rnduri de tuburi.

    2.4.2. Efectuarea lucrrii

    1. Asigurai-v c instalaia i aparatul de msur sunt scoase de subtensiune;

    2. Aezai placa multitubular pe poziie;3. Introducei termorezistena n prima fant a plcii (primul rnd gol de

    sus) i asigurai-v c n celelalte rnduri ai introdus cele 5 tuburiretractabile. Conectai cablu termorezistenei la aparatul de msur;

    4. Conectai la tubul gri racordul de presiune a manometrului din parteasuperioar a aparatului;

    5. nchidei diafragma difuzorului n poziia 9 i apsai butonul depornire.

    6. Ajustai diafragma vanei n aa fel nct s obinei o vitez medie adebitului de aer prin canal (ceea ce corespunde unei nlimi a

    coloanei de ap, H, de aproximativ 5,5 mm H2O);7. Comutai tensiunea pe 70 V. Rotii mnerul principal alinstrumentului de msur pn cnd vei obine o temperatur atermorezistenei ts de aproximativ 95

    0C. La o vitez mic a aeruluitransferul de cldur este redus i de aceea creterea temperaturii serecomand a se fac treptat, lsnd timp de stabilizare pentru fiecarepas;

    8. Cnd condiiile de stabilizare s-au ndeplinit, indicnd o temperaturconstant a termorezistenei, notai valorile ts, temperatura aerului ta,tensiunea V, i nlimea coloanei de apH;

    9. Reglai diafragma difuzorului n aa mod nct s cretei diferena

    de presiune H, crescnd n acelai timp viteza aerului;10.Rotii mnerul principal al instrumentului de msur la valoarea

    minim pentru a permite termorezistenei s se rceasc;11.Introducei termorezistena n al doilea rnd i tubul retractabil din

    acest rnd n primul;12.Repetai ntregul experiment pentru rndul 2;13.Repetai ntreaga procedur pentru toate rndurile;14.Se vor nota valorile ts, ta, H i V i se vor trece n tabelul 2.1.

    Mrimile calculate se vor trece n tabelul 2.6. Se va calculacoeficientul mediu de transfer de cldur convectiv pe fiecare rnd n

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    17/26

    Studiul experimental al transferului de cldur prin convecie forat peste evi 35

    parte, de exemplu, 2212 randrandrand

    += , i creterea procentual

    a coeficientului de transfer de cldur convectiv,( )

    1001

    12

    rand

    randrand

    .

    Tabelul 2.6Mrimi calculate

    Q [W]

    qs [W/m2]

    t [K]

    [W/m2K]w [m/s]

    w' [m/s]

    [m2/s]Re

    [W/mK]Nu

    medCreterea procentual [%]

    2.4.3. Exemplu de calcul

    Pentru exemplificarea calculelor se prezint valorile msurate pentrurndul 1 (p = 0,992 bar; ts = 96,2 C; ta = 21,6 C; H = 5,3 mm H2O;U= 40 V) i pentru rndul al doilea ( p = 0,992 bar; ts = 95 C; ta = 21,7 C;H= 5,3 mm H2O; U = 44 V).

    n acest condiii rezult pentru primele dou rnduri med,1 = 130,26W/(m2.K) i med,2 =145,33 W/(m

    2.K), ceea ce corespunde unei creteriprocentuale de 11,57%.

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    18/26

    36 Transfer de cldur ndrumar de laborator

    2.5. Determinarea relaie ntre numerele Nusselt i Reynolds ntr-un

    punct de stagnare bine definit pentru un cilindru n curgere ncruciat

    2.5.1. Scopul lucrrii

    Lucrarea urmrete determinarea relaiei ntre numerele Nusselt iReynolds ntr-un punct de stagnare bine definit n cazul unui cilindru ncurgere ncruciat.

    Consideraii teoretice

    n acest caz, cilindrul este acoperit cu o estur din sticl de dimensiunicunoscute. n jurul extremitilor acestei esturi se afl o bar colectoare decurent electric care permite trecere unei tensiuni joase, ce are ca rezultatnclzirea acesteia. Sub aceast estur este plasat un disc rotativ, gradat.(vezi figura 2.8.)

    Fig. 2.8. Cilindrul rotativ cu estur din sticl

    Termocuplul este montat imediat sub estura din sticl, n centrulcilindrului, nregistrnd valoarea temperaturii acesteia. Deoarece aceastestur are grosimea mic, se consider c temperatura esturii este egalcu temperatura suprafeei cilindrului.

    Deoarece rezistena cilindrului este aproape uniform pe unitatea desuprafa, dac ntre nodurile A i B din figura 2.9 se aplic o tensiune V,atunci pe lungimea conductorului va circula curentul I. Cunoscndu-se ariaconductorului A, se poate calcula densitatea de putere cu formula:

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    19/26

    Studiul experimental al transferului de cldur prin convecie forat peste evi 37

    AR

    V

    A

    IV RV

    I

    === 2

    . (2.4)

    Fig. 2.9. Vedere axial a cilindrului rotativ

    Caracteristicile tehnice ale termorezistenei n acest caz, sunt:

    - diametrul tubului: D = 22 mm;- lungimea nclzit: L = 65 mm;- suprafaa nclzit: A = 4,510-3 m2;- rezistena conductorului: R = 191,3 ;

    2.5.2. Efectuarea lucrrii

    Temperatura suprafeei ts, trebuie s fie mai mic de 45C, pentru a nu

    se distruge elementul de nclzire. Etapele ce trebuie urmrite sunt:1. Asigurai-v c instalaia i aparatul de msur sunt scoase de sub

    tensiune. Asigurai-v c diafragma difuzorului este nchis.2. Aezai placa neagr pe poziie;3. Introducei cilindrul (termorezistena) n fanta plcii i asigurai-v

    c lina de 0 a discului se afl orientat n sus. Conectai cablu la

    aparatul de msuri comutai voltmetrul pe poziia 35 V;4. Conectai la tubul gri racordul de presiune a manometrului din partea

    inferioar a aparatului ;5. nchidei diafragma difuzorului n poziia 9 i apsai butonul de

    pornire.6. Ajustai diafragma difuzorului n aa fel nct s obinei o vitez a

    debitului de aer prin canal ct mai mic (ceea ce corespunde uneinlimi a coloanei de ap, H, de aproximativ 5 mm H2O);

    7. Rotii mnerul principal al instrumentului de msur pn cnd veiobine o temperatura a termorezistenei ts de aproximativ 35

    C ceea

    Vedere dup X

    X

    A

    ta termocuplu

    ts

    B

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    20/26

    38 Transfer de cldur ndrumar de laborator

    ce va corespunde unei tensiuni de cca. 25 V. La o vitez mic aaerului, transferul de cldur este redus i de aceea este recomandatcreterea treptat a temperaturii, lsnd timp de stabilizare pentrufiecare pas;

    8. Cnd condiiile de stabilizare s-au ndeplinit, indicnd o temperaturconstant a termorezistenei, notai valorile ts, temperatura aerului ta,tensiunea Vi nlimea coloanei de apH;

    9. Reglai diafragma difuzorului n aa mod nct s cretei nlimeacoloanei de ap, crescnd n acelai timp i viteza aerului;

    10.Reglai controlul transferului de cldur n aa fel nct s avei otemperatur a termorezistenei aproximativ aceeai;

    11.Dup ce ajungei la stabilitate, notai valorile ts, ta,Hi V;12.Repetai paii anteriori pn la deschiderea complet a diafragmeidifuzorului, ceea ce corespunde cu viteza maxim a aerului princanal;

    13.Se vor nota valorile ts, ta, Hi Vcare se vor trece apoi n tabelul 2.7.Datele calculate se vor trece n tabelul 2.7. Se va trasa graficul, Nu =f(Re)i se va determina relaia dintre ele.

    Tabelul 2.7Centralizator pentru mrimile msurate i mrimile calculate

    Mrimi msurate

    Nr. determinriiexperimentale 1 2 3 4 5 6

    ts[0C]

    ta[0C]

    H[mmH2O]U[V]Poziia unghiular

    Mrimi calculateQ[W]qs[W/m

    2]t[K] [W/m2K]w[m/s]a[m

    2/s]ReNu

    Pentru determinarea relaiei dintre numerele Nusselt i Reynolds se voralege de pe grafic dou puncte i se va aplica ecuaia Reloglog += mCNu ,

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    21/26

    Studiul experimental al transferului de cldur prin convecie forat peste evi 39

    care provine din relaia Nu = CRem. Se obine astfel un sistem de 2 ecuaiicu 2 necunoscute (Ci m).

    2.5.3. Exemplu de calcul

    In figura 2.10 se va prezenta un exemplu pentru variaia numruluiNusselt n funcie de numrul Reynolds.

    100

    120

    140

    160

    180

    200

    220

    240

    10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000

    Numarul Re

    NumarulNu

    Fig. 2.10. Variaia numrului Nusselt n funcie de numrul Reynolds

    Din grafic se aleg dou valori pentru numerele Nusselt si Reynolds (deexemplu: Nu1 = 165,28, Re1 = 22439,25, Nu2 = 205,06 i Re2 = 31728,49).Rezult astfel: m = 0,624 i C = 0,319, iar relaia devine: Nu = 0,319Re0,624.

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    22/26

    40 Transfer de cldur ndrumar de laborator

    2.6. Variaia coeficientului de transfer de cldur convectiv pe

    circumferina unui cilindru

    2.6.1. Scopul lucrrii

    Lucrarea urmrete stabilirea experimental a coeficientului de transferde cldur convectiv la curgere ncruciat a aerului pe circumferina unuicilindru.

    2.6.2. Efectuarea lucrrii

    1. Asigurai-v c instalaia i aparatul de msur sunt scoase de subtensiune. Asigurai-v c diafragma difuzorului este nchis;

    2. Aezai placa neagr pe poziie;3. Introducei cilindru n fanta plcii i asigurai-v c lina de 0 a

    discului se afl orientat n sus. Conectai cablu la aparatul de msuri comutai voltmetrul pe poziia 35 V;

    4. Conectai la tubul gri racordul de presiune al manometrului dinpartea inferioar a aparatului ;

    5. nchidei diafragma difuzorului n poziia 9 i apsai butonul depornire.

    6. Ajustai diafragma difuzorului n aa fel nct s obinei o vitez a

    debitului de aer prin canal ct mai mic (ceea ce corespunde uneinlimi a coloanei de apH, de aproximativ 5 mm H2O);7. Rotii mnerul principal al instrumentului de msur pn cnd se

    atinge o temperatur a termorezistenei ts de aproximativ 35C ceea

    ce va corespunde unei tensiuni de cca. 25 V. La o vitez mic aaerului, transferul de cldur este redus i de aceea este recomandatcreterea treptat a temperaturii, lsnd timp de stabilizare pentrufiecare pas;

    8. Cnd condiiile de stabilizare s-au ndeplinit, indicnd o temperaturconstant a termorezistenei, notai valorile, ts, temperatura aerului ta,tensiunea Vi nlimea coloanei de apH;

    9. Reglai diafragma difuzorului n aa mod nct s cretei nlimeacoloanei de apH, crescnd n acelai timp i viteza aerului;

    10.Reglai controlul transferului de cldur n aa fel nct s avei otemperatur a termorezistenei constant;

    11.Dup ce ajungei la stabilitate, notai valorile ts, ta, H i V pentruunghiul = 0;

    12.Repetai paii de mai sus pn pentru diferite unghiuri , pn la =1800;

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    23/26

    Studiul experimental al transferului de cldur prin convecie forat peste evi 41

    13.Se vor nota valorile ts, ta, H, Vi se vor trece n tabelul 2.7. Datelecalculate se vor trece n tabelul 2.7 Mrimi calculate. Se va trasagraficul radial, pentru coeficientul de transfer de cldur determinat.

    2.6.3. Exemplu de calcul

    Completnd tabelul 2.7 cu datele msurate i calculate se va reprezentavariaia coeficientului de transfer de cldur pe circumferina unui cilindru.

    In figura 2.11 se prezint un exemplu obinut experimental pentruvariaia numrului Nu pe circumferina unui cilindru, iar n figura 2.12 seprezint variaia coeficientului de transfer de cldur pe circumferina unuicilindru pentru diferite numere Re.

    50

    70

    90

    110

    130

    150

    170

    190

    210

    230

    250

    0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 [grade]

    NumarulNu

    Re=41000Re=35100Re=25400Re=11100

    Fig. 2.11. Variaia numrului Nu pe circumferina unui cilindru - exemplu

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    24/26

    42 Transfer de cldur ndrumar de laborator

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    140

    160

    180

    Re=41000

    Re=35100

    Re=25400

    Re=11100

    Fig. 2.12. Variaia coeficientului de transfer de cldur pe circumferina unui

    cilindru - exemplu

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    25/26

    Studiul experimental al transferului de cldur prin convecie forat peste evi 43

    Anexa 2. 1. Proprietile aerului uscat la 760 mmHg ( 1,01 bar)

    t[0C]

    [kg/m3]

    cp[J/kg0C]

    [W/m0C]

    a106[m2/s]

    106

    [Ns/m2]106[m2/s]

    Pr-

    -50 1,584 1013 0,0204 12,7 14,6 9,23 0,728-40 1,515 1013 0,0212 13,8 15,2 10,04 0,728-30 1,453 1013 0,0220 14,9 15,7 10,8 0,723-20 1,395 1009 0,0228 16,2 16,2 11,79 0,716-10 1,342 1009 0,0236 17,4 16,7 12,43 0,7120 1,293 1005 0,0244 18,8 17,2 13,28 0,707

    10 1,247 1005 0,0251 20,0 17,6 14,16 0,70520 1,205 1005 0,0259 21,4 18,1 15,06 0,70330 1,165 1005 0,0267 22,9 18,6 16,00 0,70140 1,128 1005 0,0276 24,3 19,1 16,96 0,69950 1,093 1005 0,0283 25,7 19,6 17,95 0,69860 1,060 1005 0,0290 27,2 20,1 18,97 0,69670 1,029 1009 0,0296 28,6 20,6 20,02 0,69480 1,000 1009 0,0305 30,2 21,1 21,09 0,69290 0,972 1009 0,0313 31,9 21,5 22,10 0,690

    100 0,946 1009 0,0321 33,6 21,9 23,13 0,688

    120 0,898 1009 0,0334 36,8 22,8 25,45 0,686140 0,854 1013 0,0349 40,3 23,7 27,8 0,684160 0,815 1017 0,0364 43,9 24,5 30,09 0,682180 0,779 1022 0,0378 47,5 25,3 32,49 0,681200 0,746 1026 0,0393 51,4 26,0 34,85 0,680250 0,674 1038 0,0427 61,0 27,4 40,61 0,677300 0,615 1047 0,0460 71,6 29,7 48,33 0,674350 0,566 1059 0,0491 81,9 31,4 55,46 0,676400 0,524 1068 0,0521 93,1 33,0 63,09 0,678500 0,456 1093 0,0574 115,3 36,2 79,38 0,687

    600 0,404 1114 0,0622 138,3 39,1 96,89 0,699700 0,362 1135 0,0671 163,4 41,8 115,4 0,706800 0,329 1156 0,0718 188,8 44,3 134,8 0,713900 0,301 1172 0,0763 216,2 46,7 155,1 0,717

    1000 0,277 1185 0,0807 245,9 49,0 177,1 0,7191100 0,257 1197 0,0850 276,2 51,2 199,3 0,7221200 0,239 1210 0,0915 316,5 53,5 233,7 0,724

  • 8/7/2019 Studiul Experimental Al Transferului de Caldura Prin convectie Fortata Peste Tevi

    26/26

    44 Transfer de cldur ndrumar de laborator

    Fig. 2.13. Conductivitatea termic a aerului, [W/(m.

    K)] i vscozitateacinematic a aerului, [m2/s], n funcie de temperatur

    Fig. 2.14. Numrul Pr pentru aer n funcie de temperatur