1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie wartości współczynników wnikania ciepła dla konwekcji swobodnej w przestrzeni nieograniczonej i konwekcji swobodnej. 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.

2. Schemat stanowiska doświadczalnego

Schemat stanowiska doświadczalnego: 1 – wentylator, 2, 3, 4, 5 – czujniki temperatury, 6 – wymiennik, 7 – króciec wylotowy powietrza, 8 – przewód pary, 9 – wytwornica pary, 10 – cieczowskaz, 11 – przegroda, 12 – skraplacz nadmiaru pary, 13, 14 – chłodnice kondensatu, 15, 16 – zbiorniczki pomiarowe, 17, 18 – zawory, 19, 20, 21 – latarki kontrolne, 22 – lejek, 23 – wyłącznik główny, 24 – bezpieczniki, 25 – włącznik pomiaru temperatur ,przełącznik odczytu temperatury, 27 – zasilanie wytwornicy pary, 28 – włącznik wentylatora, 29 – odczyt temperatury, 30 – regulator częstości obrotowej wentylatora

3. Opracowanie wyników

II. Konwencja swobodna w przestrzeni nieograniczonej – ciąg obliczeń

A) Obliczenie wartości strumienia ciepła

•

[W]

B) Obliczenie różnic temperatur

•

•

[K]

[K]

•

[K]

C) Obliczenie powierzchni wymiany ciepła

•

[m²]

D) Obliczenie doświadczalnego współczynnika wnikania ciepła

•

E) Obliczenie błędu bezwzględnego dla doświadczalnego współczynnika wnikania ciepła

•

F) Obliczenie wartości oraz

=10,96 + 0,015 = 10,975

=10,96 - 0,015 = 10,945

G) Obliczenie liczby Grashofa

• Gr=

•

Gr=

H) Liczba Prandtla

Przyjmuję iż, liczba Prandtla jest wartością stałą i wynosi :

Pr = 0,722 .

I) Iloczyn liczb Prandtla i Grashofa

Pr⋅Gr = ⋅ 0,722 = 9,76

J) Ustalenie wartości liczby Nusselta

Iloczyn liczb Grashofa i Nusselta wskazuje , że liczba ta znajduje się w przedziale :

2⋅10⁷<Gr⋅Pr<10¹³ , co świadczy o przepływie burzliwym oraz o tym, iż równanie będzie wyglądać następująco :

• Nu=0,14(Gr⋅Pr)^1/3

K) Obliczenie wartości liczby Nusselta

Nu=0,14(9,76)^1/3 = 277,11

L) Obliczenie teoretycznego współczynnika wnikania ciepła

•

M) Obliczenie błędu bezwzględnego dla teoretycznego współczynnika wnikania ciepła

•

N) Obliczenie temperatury powierzchni osłony izolacji wymiennika

•

O) Porównanie temperatury izolacji zmierzonej i wyznaczonej teoretycznie.

T_{z obl.}=273,15+[K]

T_{z teor.}=320,16 [K]

P) Obliczenie strumienia ciepła przekazywanego od powierzchni osłony do otoczenia na drodze promieniowania.

•

[W]

R) Obliczenie wartości (doświadczalnego) współczynnika wnikania ciepła z równania bilansu.

•

[

3. Zestawienie wyników

Pomiary:

Konwekcja swobodna
Lp.
1

Konwencja wymuszona

Wyniki obliczeń dla konwencji swobodnej:

q2 [W]	Tz [K]	Gr	Pr	qp [W]	q2- qp [W]	α3 [W/(m^2K)]
305,41	320,16		0,722	8,08	297,33	10,67

Wyniki obliczeń dla konwencji wymuszonej:

Lp.	q1 [W]	ΔT1 [K]	ΔT2 [K]	ΔTe [K]	a1 [W/(m^2K)	Re	Nu	lg Re	lg Nu
1
2	245,652	64,9	24,8	41,75	22,754	9619,565	44,19	9,12	3,79
3	265,028	75,1	35,5	52,85	20,895	12620,882	41,79	265,028	3,73

Ocena zgodności wartości doświadczalnych i teoretycznych:

Wartość	α1	∆α1	α1-∆α1	α1+∆α1	α2	∆α2	α2-∆α2	α2+∆α2
Doświadczalna					10,96	0,015	10,945	10,975
Teoretyczna					4,62	0,49	4,13	5,11
Zgodność +/ -					-	-	-	-

Wartość	Tz	∆Tz	∆Tz -Tz	∆Tz +Tz
Doświadczalna	321,8	0,1	321,7	321,9
Teoretyczna	320,2	0,1	320,1	320,3
Zgodność +/ -	+	+	+	+