SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM Z TERMODYNAMIKI
ĆWICZENIE NR 18
TEMAT: WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKÓW PRZEJMOWANIA CIEPŁA DLA KONWEKCJI WYMUSZONEJ I NATURALNEJ
GRUPA III, (poniedziałek 11:15)
Andrzej Gajewski
Andrzej Tichaczek
Paweł Delimat
Paweł Dudycz
CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia było przeprowadzenie pomiarów które umożliwią nam wyliczenie współczynnika przejmowania ciepła dla konwekcji swobodnej i wymuszonej. W czasie pomiarów były rejestrowane zmiany temperatury w funkcji czasu podczas grzania i chłodzenia walców.
WZORY WYKORZYSTANE PRZY OPRACOWANIU WYNIKÓW
wzór krzywej nagrzewania
wzór krzywej chłodzenia
współczynnik przejmowania ciepła
TABELE POMIARÓW I WYNIKÓW
dla konwekcji swobodnej
L.p. |
Czas * [s] |
*tC [*C] |
*tCp [*C] |
YC |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
0 |
0 |
159,26 |
159,26 |
0,000 |
1 |
40 |
138,18 |
159,26 |
- 0,142 |
2 |
80 |
121,78 |
159,26 |
- 0,268 |
3 |
120 |
107,73 |
159,26 |
- 0,391 |
4 |
160 |
96,02 |
159,26 |
- 0,506 |
5 |
200 |
84,31 |
159,26 |
- 0,636 |
6 |
240 |
74,94 |
159,26 |
- 0,754 |
7 |
280 |
66,75 |
159,26 |
- 0,870 |
8 |
320 |
58,55 |
159,26 |
- 1,001 |
9 |
360 |
52,70 |
159,26 |
- 1,106 |
10 |
400 |
46,84 |
159,26 |
- 1,224 |
11 |
440 |
42,16 |
159,26 |
- 1,329 |
12 |
480 |
37,47 |
159,26 |
- 1,447 |
13 |
520 |
33,96 |
159,26 |
- 1,545 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
14 |
560 |
30,45 |
159,26 |
- 1,655 |
15 |
600 |
26,93 |
159,26 |
- 1,777 |
16 |
640 |
24,59 |
159,26 |
- 1,868 |
17 |
680 |
22,25 |
159,26 |
- 1,968 |
18 |
720 |
19,91 |
159,26 |
- 2,079 |
19 |
760 |
17,57 |
159,26 |
- 2,205 |
20 |
800 |
15,22 |
159,26 |
- 2,348 |
21 |
840 |
14,05 |
159,26 |
- 2,428 |
22 |
880 |
12,88 |
159,26 |
- 2,515 |
23 |
920 |
11,71 |
159,26 |
- 2,610 |
24 |
960 |
9,84 |
159,26 |
- 2,784 |
25 |
1000 |
9,13 |
159,26 |
- 2,859 |
26 |
1040 |
7,49 |
159,26 |
- 3,056 |
27 |
1080 |
7,03 |
159,26 |
- 3,121 |
28 |
1120 |
5,86 |
159,26 |
- 3,303 |
29 |
1160 |
4,92 |
159,26 |
- 3,478 |
30 |
1200 |
4,68 |
159,26 |
- 3,526 |
31 |
1240 |
4,22 |
159,26 |
- 3,632 |
32 |
1280 |
3,51 |
159,26 |
- 3,814 |
33 |
1320 |
3,04 |
159,26 |
- 3,957 |
34 |
1360 |
2,34 |
159,26 |
- 4,220 |
35 |
1400 |
2,11 |
159,26 |
- 4,325 |
36 |
1440 |
1,87 |
159,26 |
- 4,443 |
37 |
1480 |
1,17 |
159,26 |
- 4,913 |
38 |
1520 |
0,70 |
159,26 |
- 5,424 |
dla konwersji wymuszonej
L.p. |
Czas * [s] |
*tC [*C] |
*tCp [*C] |
YC |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
0 |
149,9 |
149,9 |
0,000 |
2 |
10 |
133,5 |
149,9 |
- 0,116 |
3 |
20 |
112,4 |
149,9 |
- 0,288 |
4 |
30 |
93,7 |
149,9 |
- 0,470 |
5 |
40 |
77,3 |
149,9 |
- 0,662 |
6 |
50 |
63,2 |
149,9 |
- 0,863 |
7 |
60 |
52,7 |
149,9 |
- 1,045 |
8 |
70 |
43,3 |
149,9 |
- 1,241 |
9 |
80 |
35,1 |
149,9 |
- 1,451 |
10 |
90 |
29,3 |
149,9 |
- 1,633 |
11 |
100 |
23,4 |
149,9 |
- 1,856 |
12 |
110 |
18,7 |
149,9 |
- 2,080 |
13 |
120 |
17,6 |
149,9 |
- 2,144 |
14 |
130 |
15,2 |
149,9 |
- 2,287 |
15 |
140 |
10,5 |
149,9 |
- 2,655 |
16 |
150 |
8,2 |
149,9 |
- 2,906 |
17 |
160 |
7,0 |
149,9 |
- 3,060 |
18 |
170 |
5,9 |
149,9 |
- 3,243 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
19 |
180 |
4,7 |
149,9 |
- 3,466 |
20 |
190 |
3,5 |
149,9 |
- 3,753 |
21 |
200 |
2,3 |
149,9 |
- 4,159 |
22 |
210 |
1,9 |
149,9 |
- 4,382 |
23 |
220 |
1,2 |
149,9 |
- 4,852 |
24 |
230 |
0,7 |
149,9 |
- 5,363 |
WYKRESY
krzywa chłodzenia dla konwersji swobodnej
krzywa chłodzenia dla konwersji wymuszonej
OBLICZENIA
obliczenie temperatury z otrzymanego wykresu (taśmy pomiarowej)
konwekcja swobodna
6,8 mV - odczyt pomiarowy
4,27 mV - 100*C
odczytanie współczynników kierunkowych prostych sporządzonych na podstawie otrzymanych wyników pomiarów
dla konwekcji swobodnej
dla konwersji wymuszonej
obliczenie współczynnika przejmowania ciepła przy chłodzeniu
dla konwekcji swobodnej
gdzie:
m- masa walca
cp - ciepło właściwe, dla aluminium 0,896 kJ/kgK
F - pole powierzchni walca
* - gęstość właściwa, dla aluminium 2700 kg/m3
h - wysokość walca, 0,02 m
d - średnica walca 0,01m.
v - objętość walca
dla konwekcji wymuszonej
ZESTAWIENIE WYNIKÓW
KONWEKCJA SWOBODNA |
KONWEKCJA WYMUSZONA |
*c=0,0129 |
*c=0,0824 |
WNIOSKI
Przeprowadzone ćwiczenie, pomiary oraz obliczenia pozwoliło na sporządzenie odpowiednich wykresów, a w rezultacie obliczenie współczynników przejmowania ciepła dla konwekcji swobodnej i wymuszonej. Jak łatwo zauważyć z zestawienia wyników dla konwekcji wymuszonej współczynnik przejmowania ciepła *c jest około 6,5 raza większy od tego samego współczynnika dla konwekcji swobodnej walca aluminiowego badanego w ćwiczeniu, co świadczy o tym, że podczas konwekcji wymuszonej ciepło przez walec jest oddawane zdecydowanie szybciej niż przy konwekcji swobodnej czego należało się spodziewać.
W ćwiczeniu nie została sporządzona krzywa grzania, gdyż do obliczenia interesujących nas wielkości powinniśmy mieć daną temperaturę nagrzewającego walec powietrza którego jednak pomiar nie był prowadzony.
Parametry otoczenia podczas prowadzenia ćwiczenia to: p.=1006 hPa, t=20*C, wilgotność=54%.