1. Cel ćwiczenia.

Celem wykonanego ćwiczenia było wyznaczenie współczynników wnikania ciepła dla konwekcji swobodnej w przestrzeni nieograniczonej oraz dla konwekcji wymuszonej.

2. Aparatura (schemat stanowiska doświadczalnego).

Schemat aparatury przedstawia poniższy rysunek:

1- wentylator, 2- zawór, 3- zwężka pomiarowa, 4,7- termometry, 5- wymiennik ciepła, 6- wylot powietrza, 8- przewód pary, 9- wytwornica pary, 10- element grzejny, 11- cieczowskaz, 12- przegroda, 13- skraplacz nadmiaru pary, 14,15- chłodnice kondensatu, 16,17- latarki pomiarowe, 18,19- zawory, 20,21,22- latarki kontrolne, 23- lejek do uzupełniania cieczy, 24- manomer cieczowy, 25- tablica rozdzielcza, 26- przełącznik główny, 27- bezpieczniki, 28,30,32- lampki kontrolne, 29,31- przełączniki.

3. Tabele z wynikami pomiarów.

L.p.	ΔP		Temperatura powietrza [°C]								Czas napełniania zbiorniczka kondensatu [s]
		[mm	[m/s	wlot				wylot
						1	2	3	śr	1	2	3	śr	1	2	3	śr
1	105	16,5	26,1	25,3	24,6	25,3	56,2	55,3	54,9	55,5	135	134	135	137,7	60
2	75	14,7	24,5	24,2	24,0	24,2	55,4	55,2	55,0	55,2	151	150	150	150,3	60
3	53	12,6	24,4	24,5	24,4	24,4	56,2	56,4	56,4	56,3	172	173	174	173,0	60
1	KONWEKCJA SWOBODNA										172				20
Temperatury izolacji [°C]
dół								49,2
góra								44,8
Parametry powietrza w pracowni.
T [°C]					P [hPa]					[%]
24,9					994					50

4. Obliczenia- konwekcja wymuszona (przykładowe obliczenia dla punktu 1).

# obliczenie strumienia ciepła:

- ciepło kondensacji pary wodnej pod ciśn atmosferycznym

- gęstość kondensatu

# obliczenie współczynnika wnikania ciepła:

- średnia różnica temp, powierzchni (logarytmiczna).

- różnica temp. wrzenia wody i temp. ścianki

A- powierzchnia ścianki.

przykład obliczenia dla 1 pomiaru:

- obliczenie różnicy temperatur
:

- obliczenie powierzchni ścianki:

- obliczenie doświadczalnego wsp. wnikania:

# obliczenie błędu doświadczalnego wyznaczenia wsp. Wnikania:

Przedział ufności:

# obliczenie liczby Reynoldsa:

- gęstość, lepkość powietrza.

# obliczenie liczby Nusselta:

- przewodnictwo cieplne

# obliczenie wielkości log Nu i log Re (potrzebne do narysowania wykresu) dla konwekcji wymuszonej:

Log Nu	Log Re
2,16	4,76
2,11	4,71
2,05	4,64

# obliczenie współczynników zależności Nu=f(Re):

można zapisać układ równań:

{
,

z równania uzyskamy:

,

z definicji logarytmu uzyskamy:

,

z własności logarytmu uzyskamy:

, czyli np.:

, czyli np:

# obliczenie teoretycznej wartości współczynnika wnikania:

Pr=0,716

# obliczenie błędu teoretycznego wyznaczenia wsp. wnikania oraz przedziału ufności:

zatem przedział ufności ma wartość:
.

Analogiczne obliczenia (oprócz wart. teoretycznych wykonano dla punktów 2 i 3.

5. Wykres zależności logNu=f(logRe), narysowany wg. Obliczeń z poprzedniego punktu.

Wykres jest wydrukowany na następnej stronie sprawozdania.

Wykres drukować na calej stronie.

6. Obliczenia dla konwekcji swobodnej.

# obliczenie strumienia cieplnego:

# wyliczenie doświadczalnej wartości współczynnika wnikania ciepla:

- obliczam powierzchnię wymiany ciepła:

- obliczam różnice temperatur:

- obliczam współczynnik:

# obliczenie błędu wyznaczenia współczynnika doświadczalnego:

przedział ufności:

# wyliczenie liczby Grashoffa:

- wsp rozszerzalności objętościowej

- wsp lepkości kinematycznej

# wyliczenie iloczynu Gr Pr

# obliczenie teoretycznego współczynnika wnikania:

- wyliczenie liczby Nusselta:

iloczyn Gr Pr mieści się w przedziale
, można więc skorzystać z równania

- obliczenie współczynnika:

# obliczenie błędu wyznaczenia teoretycznego wsp wnikania:

przedział ufności:

# obliczenie wartości temperatury izolacji:

- przewodnictwo właściwe cieplne izolacji= 0,16

# obliczenie strumienia ciepła przekazywanego od osłony do otoczenia poprzez promieniowanie.

# wyznaczenie doświadczalnego wsp wnikania ciepła z równania bilansu :

# obliczenie błędu wyznaczenia doświadczalnego wsp wnikania z równania bilansu:

# Wartość teoretyczna współczynnika wnikania ciepła oraz jej błąd oszacowania są identyczne jak u wartości
.

7. Wyniki obliczeń.

Wyniki obliczeń i porównanie wartości doświadczalnych z teoretycznymi zgrupowane są w tabelach:

Konwekcja swobodna.
261,79	362,94		0,716	21,58	240,21	3,74

Konwekcja wymuszona.
1	1002,86	74,7	44,5	58,30	72,89	57391	144,6	4,76	2,16
2	898,77	75,8	44,8	58,95	64,60	51130	128,2	4,71	2,11
3	780,84	75,6	43,7	58,20	56,85	43826	112,8	4,64	2,05
Współczynniki: B=0,92 K=0,006

Ocena zgodności wartości doświadczalnych i teoretycznych.
Wartość
Dośw.		72,89	3,19	69,7	76,08		9,43	0,13	9,30		9,56
Teoret.		65,04	13,29	51,75	78,33		6,96	0,36	6,60		7,32
Zgodność		-	-	-	-		-	-	-		-
Wartość
Dośw.	46,97		0,1		46,87				47,07
Teoret.	89,79		0,1		89,69				89,89
Zgodność	-		+		-				-

8. Dyskusja wyników i wnioski.

Na podstawie wyników pomiarów i przede wszystkim obliczeń, mogę stwierdzić, że ćwiczenie grupa wykonała w miarę poprawnie, aczkolwiek porównanie zgodności wartości teoretycznych z doświadczalnymi nie dało korzystnych wyników. Najprawdopodobniej spowodowane jest to trudnościami dokładnego odczytu niektórych wartości mierzonych, takich jak:

-czas napełniania zbiorniczka- mógł tu wystąpić błąd paralaksy w odczycie objętości z kresek, które także nie były równe.

- ciśnienia, a w konsekwencji prędkość- poziom cieczy w manometrze wahał się, co uniemożliwiało dokładny odczyt, co rzutowało znów na odczyt prędkości liniowej powietrza z wykresu na stanowisku.

- być może także zbieranie kondensatu do latarek zaburzało nieco równowagę układu i zmieniało jego własności, jeden z zaworów, mimo zamknięcia także przeciekał.

Pomimo trudności i rozbieżności udało się nnamdowieść, że konwekcja wymuszona jest wydajniejsza, a współczynniki wnikania ciepła są o rząd wartści większe niż w konwekcji swobodnej. Można także było zauważyć wpływ promieniowania na współczynnik wnikania ciepla.

Maciej Balcerzak

5

---