Расчетные формулы и расчеты. 1. Атмосферное давление находится с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по формуле

1. Атмосферное давление находится с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по формуле

, Па.

2. Температурный напор (разность температур струны и окружающей среды) находится по эмпирической формуле в зависимости от удлинения струны

, °С,

где Δ l – удлинение струны, мм.

3. Средняя температура струны , °С.

4. Мощность теплового потока, выделенная при прохождении электрического тока по струне , Вт.

5. Мощность теплового потока через поверхность струны в окружающую среду за счет теплового излучения определяется по закону Стефана-Больцмана

, Вт,

где ε = 0, 64...0, 76 – степень черноты нихромовой проволоки, С₀ = 5, 67 – коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м²·К⁴); F – теплоотдающая поверхность струны, равная 2, 419·10^{-3_, м2} .

Таким образом, с учетом численных значений параметров

, Вт.

6. Тогда мощность теплового потока через поверхность струны в окружающую среду за счет свободной конвекции , Вт.

7. Коэффициент теплоотдачи , Вт/(м²·^оС).

8. Теплофизические свойства воздуха (окружающей среды), необходимые для расчета критериев подобия, находятся по формулам:

плотность , кг/м³; теплоемкость с_р = 1006, Дж/(кг·^оС),

Коэффициент объемного расширения , 1/К.

Коэффициент теплопроводности

λ = 0, 000074 ·t_опр + 0, 0245, Вт/(м·град).

Коэффициент кинематической вязкости

ν = (0, 000089 ·t_опр² + 0, 088 ·t_опр + 13, 886)·10^-6, м²/c.

Коэффициент температуропроводности , м²/c.

9. Критерий Нуссельта .

10. Критерий Грасгофа .

11. Критерий Прандтля .

12. Результаты расчетов заносятся в сводную табл. 2.

13. По результатам расчетов построить в соответствующем масштабе и логарифмических координатах график зависимости критерия Nu от произведения (Gr·Pr)

.

14. Характер зависимости представить в виде прямой линии. Решив уравнение прямой линии, получить уравнение (2) в явном виде.

Таблица 2

№ п/п	Расчетная величина	Обозна- чение	Единицы измерения	Номера опытов
	Температурный напор (разность температур струны и окружающей среды)	Δ tm	°С
	Средняя температура струны	tcт	°С
	Количество тепла, выделенное электрическим током	Qэ	Вт
	Количество тепла, отданное излучением	Qи	Вт
	Количество тепла, отданное конвекцией	Q	Вт
	Коэффициент теплоотдачи	α	Вт /(м2·град)
	Коэффициент объемного расширения воздуха	β	1/град
	Теплоемкость воздуха	ср	кДж/(кг·град)
	Коэффициент теплопроводности воздуха	λ	Вт /(м·град)
	Плотность воздуха	ρ	кг/м3
	Коэффициент температуропроводности воздуха	а	м2/с
	Коэффициент кинематической вязкости воздуха	ν	м2/с
	Критерий Нуссельта	Nu	–
	Критерий Грасгофа	Gr	–
	Критерий Прандтля	Pr	–
	Критериальное уравнение	–	–

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как она достигается.

2. Назовите основные узлы экспериментальной установки и укажите их назначение.

3. Как определяется средняя температура струны в данной установке?

4. Для чего замеряется барометрическое давление в данной работе?

5. Как определяется количество теплоты, отданное струной окружающему воздуху посредством конвекции?

6. Как определяется количество теплоты, отданное струной окружающему воздуху посредством излучения?

 

7. Что такое свободная и вынужденная конвекция?

8. Какой вид теплообмена называется «теплоотдачей»? Запишите и поясните основной закон теплоотдачи.

9. Каков физический смысл и размерность коэффициента теплоотдачи?

10. Какие факторы определяют интенсивность конвективного теплообмена?

11. Что такое критерий подобия?

12. Что такое «определяющая температура» и «определяющий» размер?

13. Какие критерии называются «определяющими» и «определяемыми»?

14. Для чего и как составляются критериальные уравнения?

15. Как определяется коэффициент теплоотдачи α из критериального уравнения?

16. Что характеризуют критерии Nu, Gr, Рr?