6 - 1

1

6. BADANIE PRZEKAZYWANIA CIEPŁA PRZEZ PRZEGRODĘ PŁASKĄ

6.1 Wprowadzenie

Wymiana ciepła w zależności od właściwości ośrodka, przebiega przez przewodzenie,

konwekcję lub promieniowanie. W wielu przypadkach te trzy sposoby występują
jednocześnie, często jednak jeden z nich dominuje nad pozostałymi. Ze względów
praktycznych strumień ciepła wyraża się jednym, zastępczym współczynnikiem
proporcjonalności, uwzględniającym złożony mechanizm wymiany ciepła. Przekazywanie
(przenikanie) ciepła wyraża ilość energii przekazanej od czynnika „w” (wewnątrz) przez
przegrodę do czynnika „z” (zewnątrz) (rys. 1).

Rys. 1 Schemat przenikania ciepła

W przypadku pojedynczej przegrody (rys. 1) na mechanizm przenikania ciepła składa się
przejmowania ciepła przez przegrodę od czynnika „w”, proces przewodzenia ciepła oraz
przejmowanie ciepła przez czynnik „z” po stronie zewnętrznej przegrody.
Przenikanie ciepła jest charakteryzowane współczynnikiem przenikania „k”, zwanym rónież
współczynnikiem Pecleta:

z

w

k









1

1

1







gdzie: k , W/m

2

K - współczynnik przenikania ciepła,



z

i



w

,

W/m

2

K

-

współczynnik przejmowania

ciepła oraz



, W/m K -

współczynnik

przewodzenia ciepła.

6.2 Cel ćwiczenia.

1.1.

Celem ćwiczenia jest

wyznaczenie współczynników k,



z

i



w

oraz



dla przegrody płaskiej.

1.2.Oszacowanie jaki

wpływ na wartość współczynnika



z

ma przekazywanie ciepła

drogą promieniowania.

6.3 Opis doświadczenia.

Gorące powietrze o temperaturze t

g

przepływa przez pionowy nie izolowany kanał

o przekroju prostokątnym przekazując ciepło do otoczenia o temperaturze t

0

(rys.1).

W

Z

Q

Q

α

w

α

z

Q

δ

t

w

t

z

t

g

t

0

W

W

Z

Z

Q

Q

Q

Q

α

w

α

w

α

z

α

z

Q

Q

δ

t

w

t

z

t

g

t

0

6 - 2

2

Wewnątrz kanału strumień ciepła od podgrzanego powietrza wnika do płaskiej ściany

w warunkach konwekcji wymuszonej. Na zewnątrz kanału oddawanie ciepła do otoczenia
odbywa się na drodze konwekcji naturalnej i promieniowania.

W ściance kanału wbudowany jest czujnik gęstości strumienia ciepła q (handlowa

nazwa — ciepłomierz) oraz termopary mierzące temperaturę powierzchni ścianki
wewnętrznej t

w

, zewnętrznej t

z

i gorącego powietrza t

g

.

Pomiary przeprowadza się dla dwóch nastaw grzejnika (termowentylatora). Odczyty

wskazań przyrządu pomiarowego (multimetru) dla wskazanych w arkuszu pomiarowym
położeń przełącznika obrotowego (tabela 1) dokonuje się w drugiej minucie badań oraz po
ustaleniu się równowagi cieplnej układu (po upływie ok. 20 min od chwili zadania każdej
mocy termowentylatora).

Rys. 1. Schemat ideowy stanowiska

Odczytane wartości należy wpisać do arkusza pomiarowego (tabela 1).

6.4 Opracowanie wyników

6.4.1. Wyznaczenie współczynników

k,

w

z





,

.

Do obliczenia

współczynników k,







,

,

w

z

wykorzystuje się wzory:





0

.

t

t

k

q

g





(1)





0

.

t

t

q

z

z







(2)





w

g

w

t

t

q







.

(3)

z

w

k









1

1

1







(4)

6.4.2. Wyznaczenie współczynnika przewodzenia ciepła



.

Znając

gęstość strumienia ciepła q oraz temperatury t

g

, t

z

, t

w

i t

o

należy wyznaczyć

współczynnik λ wykonując odpowiednie przekształcenia wzorów (1), (2), (3) i (4).

6 - 3

3

6.4.3. Wyznaczyć błędy maksymalne współczynników k,







,

,

w

z

, jeśli gęstość strumienia

ciepła q zmierzono z błędem maksymalnym 5%, błąd maksymalny pomiaru temperatury
wynosi 0,2°C, a błąd pomiaru grubości ścianki kanału jest równy 0,5 mm.

Tabela 1

6. BADANIE PRZEKAZYWANIA CIEPŁA PRZEZ PRZEGRODĘ PŁASKĄ

data ............................... grupa ................................ p

ot

= .................................. t

ot

= ...................................

nr

po-

mia-

ru

położenie

przełącz-

nika

10

11

12

13

14

15

16

obliczyć

nastawa

wenty-

latora

q,

mV

t

g

mV

t

w1

mV

t

w2

mV

t

z1

mV

t

z2

mV

t

o

mV

k

W/m

2

K



z

W/m

2

K



w

,

W/m

2

K



W/mK

1

1

2

3

2

4

Uwaga:

Ponieważ

zimne końce termopar mają temperaturę otoczenia t

0

, faktycznie mierzone są

różnice temperatur (t

z

-t

0

), (t

w

-t

0

), (t

g

-t

0

).

Stała ciepłomierza:

c

.

q

= 1000 W/m

2

dla siły elektromotorycznej



U = 50 mV.

Charakterystyka termopar: t = 23,5*A + 25,8 + a ,
gdzie: A, mV - wskazania multimetru,
a – korekta temperatury zimnych końców termopary: a = (t

ot

– 20), °C; t

ot

, °C.