Wnikanie ciepła, MATERIAŁY NA STUDIA, różne cosie


CEL ĆWICZENIA

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

  1. KONWEKCJA WYMUSZONA

  2. Lp...

    u

    0x01 graphic

    Temperatura powietrza

    Czas napełniania

    Zbiorniczka

    kondensatu [s]

    Obj.

    kond.

    [m3]

    wlot

    wylot

    1

    2

    3

    śr.

    1

    2

    3

    śr.

    1

    2

    3

    śr.

    1

    7,23

    24,4

    24,6

    24,6

    24,5

    62,6

    62,6

    62,7

    62,6

    158

    162

    163

    161

    0,00004

    2

    5,84

    25,6

    25,2

    25,4

    64,4

    64,4

    64,4

    197

    191

    194

    0,00004

    3

    3,95

    26,2

    25,8

    25,7

    25,9

    55,8

    66,0

    65,8

    62,5

    248

    251

    249

    249

    0,00004

    4

    2,84

    26,0

    26,3

    26,1

    26,1

    66,1

    66,0

    66,0

    66,0

    271

    289

    285

    281

    0,00004

    Tabela wyników pomiarów

    Na podstawie otrzymanych wartości pomiarowych obliczamy strumień ciepła ze wzoru:

    0x01 graphic

    gdzie:

    Vk - objętość kondensatu w zbiorniczku pomiarowym [m3]

    ρk - gęstość kondensatu (w 40°C) = 992,2 [kg/m3]

    r - ciepło kondensacji pary wodnej pod ciśnieniem atmosferycznym [J/kg]

    τ - czas gromadzenia kondensatu równy wartości średniej z trzech oznaczeń [s]

    Przykład obliczeń dla pierwszej serii pomiarowej

    0x01 graphic

    Obliczamy średnią logarytmiczną różnicę temperatur:

    0x01 graphic
    (Tutaj miał problem z tym, że nie są wpisane wyliczone Δ, wzór to 100-wartośc temperatury z tabeli)

    0x01 graphic

    Obliczam doświadczalną wartość współczynnika wnikania ciepła ze wzoru:

    0x01 graphic

    gdzie:

    q - strumień ciepła [W]

    A - powierzchnia wymiany ciepła [m2] obliczona z wymiarów wymiennika

    A = πd*h=π0,05m*1,5m=0,2356 m2

    0x01 graphic
    0x01 graphic

    Obliczamy wartość liczby Nusselta:

    0x01 graphic

    gdzie:

    d - średnica przewodu [m]

    λ - przewodnictwo cieplne (w 40°C) = 0,02652 [W/m⋅K]

    0x01 graphic

    Obliczamy wartość liczby Reynoldsa:

    0x01 graphic

    Gdzie:

    u - średnia liniowa prędkość przepływu [m/s]

    d - średnica przewodu [m]

    ρ - gęstość powietrza (40°C) = 1,092 [kg/m3]

    η - lepkość =0,00001922 [Pa⋅s]

    0x01 graphic

    Tabela wyników obliczeń

    Lp.

    q1

    [W]

    ∆T1

    [K]

    ∆T2

    [K]

    ∆Te

    [K]

    α1 0x01 graphic

    Re

    Nu

    log(Re)

    log(Nu)

    1

    556,125

    75,5

    37,4

    54,238

    43,520

    20538,918

    82,051

    4,313

    1,914

    2

    461,526

    74,6

    35,6

    52,718

    37,159

    16590,218

    70,058

    4,230

    1,845

    3

    359,583

    74,1

    37,5

    53,739

    28,401

    11221,124

    53,546

    4,050

    1,729

    4

    318,634

    73,9

    34,0

    51,394

    26,315

    8067,846

    49,613

    3,907

    1,696

    Wykres zależności Nu=f(Re)

    0x01 graphic

    Z powyższego wykresu odczytujemy współczynniki w równaniu:

    0x01 graphic
    (tutaj o ile dobrze pamiętam to facet stwierdził, że współczynniki ai b zostały wpisane na odwrót)

    b = 10(-0,448) = 0,356

    A =0,544

    II. KONWEKCJA SWOBODNA

    Tabela wyników pomiarów

    Temperatura izolacji [°C]

    Czas napełniania zbiorniczka kondensatu [s]

    Obj.

    kond.

    [m3]

    Temp.

    [°C]

    górna

    dolna

    Lp.

    1

    2

    3

    śr.

    1

    2

    3

    śr.

    1

    2

    3

    śr.

    0,00002

    23

    1

    53,8

    53,6

    53,6

    53,7

    46,8

    46,8

    46,8

    46,8

    151

    151

    153

    152

    I sposób

    Na podstawie otrzymanych wartości pomiarowych obliczamy strumień ciepła ze wzoru:

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    Obliczamy średnią logarytmiczną różnicę temperatur dla konwekcji swobodnej:

    ΔT1= 30,7[K]

    ΔT2=23,8 [K]

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    Obliczamy doświadczalną wartość współczynnika wnikania ciepła ze wzoru:

    0x01 graphic

    A - powierzchnia wymiany ciepła [m2] dla konwekcji swobodnej

    A = 0,9891 [m2]

    0x01 graphic

    Obliczamy wartość współczynnika rozszerzalności objętościowej:

    0x01 graphic
    (to T we wzorze 0x01 graphic
    plus 273 kelwiny)

    0x01 graphic

    Obliczamy wartość liczby Grashoffa:

    0x01 graphic

    g - przyspieszenie ziemskie [m/s2] = 9,81[m/s2]

    ν - współczynnik lepkości kinematycznej [m2/s] = 17,60x01 graphic
    [m2/s]

    L - długość elementu grzejnego [m]

    0x01 graphic

    Obliczamy wartość liczby Nusselta korzystając z zależności:

    0x01 graphic

    Ponieważ wartość iloczynu (Gr⋅Pr) jest z zakresu 2⋅107<(Gr⋅Pr)<1013

    0x01 graphic

    Obliczam teoretyczną wartość współczynnika wnikania:

    0x01 graphic

    0x01 graphic

    II sposób

    Obliczamy wartość temperatury powierzchni osłony izolacji wymiennika:

    0x01 graphic

    Tk - temperatura kondensacji pary [K]

    Dw - średnica wewnętrzna izolacji =0,198[m]

    Dz - średnica zewnętrzna izolacji =0.21[m]

    λ iz- przewodnictwo właściwe cieplne izolacji =0,036[W/(mK)]

    0x01 graphic

    Obliczamy strumień ciepła wymieniony na drodze promieniowania:

    0x01 graphic

    ε12 - zastępczy stopień czarności obu ciał

    Co - techniczna stała promieniowania ciała doskonale czarnego = 5,76 [W/m2K4]

    A2>>A1, zastępczy stopień czarności 0x01 graphic
    12=0x01 graphic
    1. Przyjmujemy założenie 0x01 graphic
    1=0,04, więc 0x01 graphic
    12=0,04

    0x01 graphic

    Obliczamy wartość doświadczalnego współczynnika wnikania ciepła α3 z równania:

    0x01 graphic
    => 0x01 graphic
    (ΔT jest zła, powinna być wzięta taka jak w teoretycznej wartości współczynnika)

    Az - powierzchnia zewnętrzna izolacji [m2]

    ΔT - różnica temperatur Tk-Tz

    0x01 graphic

    Tabela wyników obliczeń dla konwekcji swobodnej

    q [W]

    Tz [K]

    Gr

    Pr

    q1-2 [W]

    q-q1-2 [W]

    α3 [W/(m2*K)]

    294,527

    321,897

    9645638321

    0,722

    8,467

    286,06

    5,659

    Wnioski:

    • W wyniku przeprowadzonego doświadczenia dla konwekcji swobodnej otrzymałyśmy wartość współczynnika wnikania ciepła α (obliczonego sposobem 2) zbliżoną do obliczonej wartości teoretycznej, co pozwala sądzić, iż nieścisłości w wartościach otrzymanych wyników są, być może, powiązane ze zbyt małą dokładnością w przeprowadzaniu pomiarów oraz, w pewnym stopniu, z zaokrąglaniem obliczanych wartości.

    Natomiast dla sposobu 1 otrzymana wartość doświadczalna znacznie odbiega od obliczonej wartości teoretycznej, co może być spowodowane nieszczelną izolacją wymiennika ciepła. Wpływ na otrzymany wynik może mieć także niedokładność w przeprowadzaniu pomiarów.

    • Porównując wartości α dla konwekcji swobodnej i wymuszonej otrzymaliśmy wyniki większe dla konwekcji wymuszonej, co jest logiczne i zgodne z treściami prezentowanymi w instrukcji.

    •Analizując wyniki otrzymane przy obliczaniu wartości współczynnika wnikania ciepła dla konwekcji swobodnej sposobem 2 możemy stwierdzić, że im większy jest strumień ciepła wymieniony na drodze promieniowania pomiędzy ciałami, tym mniejsza jest wartość współczynnika α, co bezpośrednio wynika ze wzoru 0x01 graphic

    Z błędów w sprawku był jeszcze jeden, gdzieś wzięłam zamiast średniej z dwóch temperatur jedną konkretną ale niestety nie pamiętam gdzie to dokładnie było. I w świetle tych błędów bodajże pierwszy wniosek nam się nie zgadzał. Reszta powinna być okej. Mam nadzieję, że komentarze okażą się choć trochę pomocne



    Wyszukiwarka

    Podobne podstrony:
    Chemia fizyczna 24, MATERIAŁY NA STUDIA, różne cosie
    Sprawozdanie z fizyki W3a, MATERIAŁY NA STUDIA, różne cosie
    54 całość, MATERIAŁY NA STUDIA, różne cosie
    wstęp teoretyczny 31, MATERIAŁY NA STUDIA, różne cosie
    Wykonanie ćwiczenia 23, MATERIAŁY NA STUDIA, różne cosie
    Cyklon poprawiony, MATERIAŁY NA STUDIA, różne cosie
    Fizyczna ściąga 1, MATERIAŁY NA STUDIA, różne cosie
    OTŻ uzupełnienie, MATERIAŁY NA STUDIA, różne cosie
    Wstęp teoretyczny 38, MATERIAŁY NA STUDIA, różne cosie
    fizyczna 54, MATERIAŁY NA STUDIA, różne cosie
    Kwas oleinowy z olejów roślinnych, MATERIAŁY NA STUDIA, różne cosie
    Chemia fizyczna 24, MATERIAŁY NA STUDIA, różne cosie
    test z urologiii, Pielęgniarstwo - materiały na studia, REU
    powiklania po znieczuleniu ogolnym, Pielęgniarstwo - materiały na studia, IT
    FUNKCJE WYCHOWAWCZE GRUPY RÓWIEŚNICZEJ, materiały na studia, I rok studiów, Psychologia
    stadiarozw, materiały na studia, I rok studiów, Psychologia
    lista poleceń, Politechnika Lubelska, Studia, Studia, sem I - II, materialy na studia

    więcej podobnych podstron