CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie wartości współczynników wnikania ciepła dla konwekcji swobodnej w przestrzeni nieograniczonej i konwekcji wymuszonej. Określa się także wpływ promieniowania cieplnego na wartość współczynnika wnikania ciepła dla konwekcji swobodnej oraz porównuje wartości wyznaczonych doświadczalnie i obliczonych teoretycznie współczynników wnikania ciepła dla konwekcji wymuszonej.

Opracowanie wyników pomiarów

Przykład obliczeń dla pierwszej serii pomiarowej.

I. KONWEKCJA WYMUSZONA

Na podstawie otrzymanych wartości pomiarowych obliczam strumień ciepła ze wzoru:

gdzie:

V_k - objętość kondensatu w zbiorniczku pomiarowym [m³]

ρ_k - gęstość kondensatu [kg/m³]

r - ciepło kondensacji pary wodnej pod ciśnieniem atmosferycznym [J/kg]

τ - czas gromadzenia kondensatu równy wartości średniej z trzech oznaczeń [s]

Obliczam zastępczą różnicę temperatur:

ΔT₁ = 100 - ΔT_wlot=100 - 25,2=74,8 [K]

ΔT₂ = 100 - ΔT_wylot = 100 - 65= 35[K]

Obliczam średnią logarytmiczną różnicę temperatur:

Obliczam powierzchnię wymiany ciepła:

A=Lπd

A=1,5*3,14*0,05=0,2355[m²]

Obliczam doświadczalną wartość współczynnika wnikania ciepła ze wzoru:

gdzie:

q - strumień ciepła [W]

A - powierzchnia wymiany ciepła [m²] obliczona z wymiarów wymiennika

A = 0,2355 [m²]

Obliczam wartość liczby Nusselta:

gdzie:

d - średnica przewodu [m]

λ - przewodnictwo cieplne [W/m²⋅K], odczytane z tablic fizykochemicznych

ln (Nu) = 3,569

Obliczam wartość liczby Reynoldsa:

u - średnia liniowa prędkość przepływu [m/s]

d - średnica przewodu [m]

ρ - gęstość płynu [kg/m³]

η - lepkość płynu [Pa⋅s]

ln (Re) = 9,013

Tabela wyników pomiarów:

Seria pomiarowa	Prędkość [m/s]	Wlot	Wylot	Czas średni [s]	Objętość kondensatu [m^3]
						Temperatura średnia [˚C]	Temperatura średnia [˚C]
I.	3,29	25,2	65,0	400	0,00004
II.	3,54	24,8	64,9	374	0,00004
III.	3,97	24,9	64,5	340	0,00004

Tabela wyników obliczeń:

Seria	q1	ΔT1 [K]	ΔT2 [K]	ΔTe [K]	α
I.	248,45	74,8	35	54,44	20,11
II.
III.	278,116	75,1	35,5	52,85	21,927

Seria	Nu [-]	Re [-]	ln Nu	ln Re
I.	35,504	8212,81	3,569	9,013
II.
III.	43,854	12620,882	3,78	9,44

Przedstawienie wyników obliczeń za pomocą wykresu:

Z powyższego wykresu odczytuję współczynniki w równaniu:

Wnioski:

W wyniku przeprowadzonego doświadczenia otrzymaliśmy wartości współczynnika wnikania ciepła α, który dla konwekcji swobodnej (α₂ ) jest zgodny z obliczoną wartością teoretyczną, natomiast dla konwekcji wymuszonej (α₁ ) otrzymana wartość doświadczalna odbiega od obliczonej wartości teoretycznej, co może być spowodowane nieszczelną izolacją wymiennika ciepła. Wpływ na otrzymany wynik może mieć także niedokładność w przeprowadzaniu pomiarów. Porównując wartości α dla konwekcji swobodnej i wymuszonej otrzymaliśmy większe dla konwekcji wymuszonej, co jest zgodne z rzeczywistością.

Wynikiem obliczeń dla konwekcji wymuszonej są otrzymane wartości współczynników w równaniu:

A = 0,2261

b = 0,5865.

4

---