I. Cel i przebieg doświadczenia.

Celem przeprowadzonego doświadczenia jest wyznaczenie wartości współczynników wnikania ciepła dla konwekcji wymuszonej i swobodnej. Ćwiczenie wykonałem w następujący sposób. Sprawdziłem stan wody w kotle. Otworzyłem zawory pod zbiorniczkami pomiarowymi. Otworzyłem obieg wody chłodzącej. Włączyłem zasilanie grzałek wytwornicy pary. Gdy temperatura izolacji ustaliła się wykonałem pomiar dla konwekcji swobodnej. Następnie uruchomiłem wentylator. Po ustaleniu się stanu równowagi wykonałem pomiary dla warunków konwekcji wymuszonej burzliwej.

II. Schemat aparatury.

Rys1. Schemat aparatury. 1 - wentylator, 2 - zawór, 3 - zwężka, 4,6 - termometry, 5 - wymiennik, 7 - króciec wylotowy powietrza, 8 - przewód pary, 9 - element grzejny,
10 - wytwornica pary, 11 - cieczowskaz, 12 - lejek, 13 - skraplacz nadmiaru pary,
14,18,22 - latarki kontrolne, 15,19 - chłodnice kondensatu, 16,20 - zbiorniczki pomiarowe, 17,21 - zawory

III. Obliczenia.

1. Konwekcja wymuszona.

Powyższą tabelę uzupełniłam korzystając z następujących zależności.

Strumień cieplny

Różnica temperatur T₁ = T_ścianki - T_wlot = 373 - 296,9 = 76,1 [K]

Różnica temperatur T₂ = T_ścianki - T_wylot = 373 - 335,43 = 37,57 [K]

Zastępcza różnica temp.

Powierzchnia wymiany ciepła A = d*L = 3,1415*0,05*1,5 = 0,236 [m²]

Współczynnik wnikania   q/(A*T_e) = 304,08 /(0,236*54,59) = 23,65 [W/m²K]

Liczba Reynoldsa

Liczba Nusselta

1a. Konwekcja wymuszona (wykres).

Za pomocą programu Microcal Origin 5.0 wykonałem wykres zależności
log(Nu) = f(log(Re)), oraz obliczyłem współczynniki metodą regresji liniowej.

Wykres 1. Zależność log(Nu) = f(log(Re)).

Równanie wyznaczone metodą regresji liniowej:

log Nu = -2,15 + 0,92 * log Re

współczynnik korelacji r = 0,99.

Zależność tą można więc przedstawić jako:

Nu = 0,0071*Re^0,92

2. Konwekcja swobodna.

Lp.	q [W]	T1 [K]	T2 [K]	Te [K]	 [W/m^2K]	Gr	Pr
1	256,44	26,3	23,8	25,03	10,66	9,692E+09	0,734

Powyższą tabelę uzupełniłem korzystając z następujących zależności.

Strumień cieplny

Różnica temperatur T₁ = T_ścianki - T_otocz = 50,5 - 24,2 = 26,3 [K]

Różnica temperatur T₂ = T_ścianki - T_otocz = 48 - 24,2 = 23,8 [K]

Zastępcza różnica temp.

Powierzchnia wymiany ciepła A = d_śr*L = 3,1415*0,204*1,5 = 0,961 [m²]

Współczynnik wnikania   q/(A*T_e) = 256,44 /(0,961*25,03) = 10,66 [W/m²K]

Liczba Grasshofa

Liczba Prandtla

Wartość iloczynu Gr*Pr wynosi 7,11E9, obowiązuje więc równanie

Nu = 0,135(Gr*Pr)^1/3

Wartość liczby Nusselta obliczona z powyższego wzoru wynosi Nu = 259,4.

Znając wartość liczby Nusselta możemy obliczyć wartość współczynnika wnikania ciepła.

---