1. Cel ćwiczenia

Celem doświadczenia jest wyznaczenie współczynnika wnikania ciepła α oraz gęstości strumienia cieplnego q od różnicy temperatury ściany T_w i wrzącej cieczy T_s.

2. Schemat układu pomiarowego:

3. Tabele pomiarów

L.p.	N [W]	T1 [^oC]	T2 [^oC]	T3 [^oC]	T4 [^oC]	QV1 [m^3/s]	t1 [s]	t2 [s]	t3 [s]
0	0	-	-	-	102,7	9,2*10^-8	108,5	107	110
1	920	112,7	111,1	113,5	101,5	9,2*10^-8	20	21	20,5
2	1840	117,8	116,0	118,5	101,6	9,2*10^-8	13	13	12
3	2760	119,2	121,6	120,6	101,5	9,2*10^-8	8	9	8,5

4. Obliczenia

• Średnią temperaturę

ΔT = [(T₁ + T₂ + T₃)/3] - T₄ [^oC]

Δ T₁ = [(112,6 + 108,9 + 113,2)/3] - 101,7 = 9,9 ^oC

Δ T₂ = [(117,2 + 115,8 + 118,6)/3] - 101,6 = 15,6 ^oC

Δ T₃ = [(118,6 + 120,6 + 121)/3] - 102 = 18,1 ^oC

• Średni czas

t_śr = (t₁ + t₂ + t₃)/3 [s]

t_śr1 = (20 + 21 + 20,5)/3 = 20,5 s

t_śr2 = (13 + 13 + 12)/3 = 12,7 s

t_śr3 = (8 + 9 + 8,5)/3 = 8,5 s

• Natężenie przepływu kondensatu przy ogrzewaniu grzałkami pomocniczymi i grzałką pomiarową

Q_V2 = V/t_śr [m³/s]

Dla V = 0,00001 m³

Q_V21 = 0,00001/20,5 = 48,7*10^-8 [m³/s]

Q_V22 = 0,00001/12,7 = 78,7*10^-8 [m³/s]

Q_V23 = 0,00001/8,5 = 117,6*10^-8 [m³/s]

• Natężenie przepływu kondensatu

Q_V = Q_V2 - Q_V1 [m³/s]

Q_1V = 48,7*10^-8 - 9,2*10^-8 = 39,5*10^-8 [m³/s]

Q_2V = 78,7*10^-8 - 9,2*10^-8 = 69,5*10^-8 [m³/s]

Q_3V = 117,6*10^-8 - 9,2*10^-8 = 108,4*10^-8 [m³/s]

• Strumień cieplny

q = (Q_V * ρ * r)/A [W/m²]

dla A = 0,02 m²

ρ = 1000 kg/m³

r - odczytane w tabelach ciepło kondensacji pary wodnej dla ciśnienia atmo.

q₁ = (39,5*10^-8*1000*2252,1*10³ )/0,02 = 44479 W/m²

q₁ = (69,5*10^-8 *1000*2252,4*10³ )/0,02 = 78271 W/m²

q₁ = (108,4*10^-8*1000*2251,2*10³ )/0,02 = 122015 W/m²

• Współczynnik wnikania ciepła

α = q/ ΔT [W/m² * K]

α = 44479/9,9 = 4493 W/m² * K

α = 78271/15,6 = 5017 W/m² * K

α = 122015/18,1 = 6741 W/m² * K

• Sprawność urządzenia grzejnego

η = q*A/N

η₁ = 44479*0,02/880 = 1

η₂ = 78271*0,02/1760 = 0,89

η₃ = 122015*0,02/2640 = 0,92

5. Wykresy i tabela wyników

L.p.	ΔT [^oC]	tśr [s]	QV [m^3/s]	q [ W/m^2]	α [W/m^2 * K]	η
1	9,9	20,5	39,5*10^-8	44479	4493	1
2	15,6	12,7	69,5*10^-8	78271	5017	0,89
3	18,1	8,5	108,4*10^-8	122015	6741	0,92

6. Wnioski

W doświadczeniu tym wyznaczaliśmy współczynnik wnikania ciepł oraz gęstość strumienia cieplnego oraz ich zależność od różnicy temperatu ściany zbirnika oraz wrzącej cieczy. Na podstawie przeprowadzonych przez grupę pomiarów w trakcie wykonywania ćwiczenia oraz obliczeń których dokonałam, jak również wykresów które sporządziłam mogę wysnuć kilka zależności między badanymi wielkościami. Pierwszą prawidłowością którą zauważyłam jest fakt iż wraz ze wzrostem różnicy temperatur skraca się czas napełniania zbiorniczka 10 cm³ kondensatu, co automatycznie oznacza iż wzrasta natężenie przepływu tego kondensatu. Zgodnie ze wzorem strumień przepływu zależy od natężenia przepływu kondensatu, a tym samym od różnicy temperatur między ścianką zbiornika a wrzącą cieczą, którą w tym przypadku była woda - wzrasta wraz ze wzrastającymi wartościami Q_V i ΔT. Współczynnik wnikania ciepła zależny jest od różnicy temperatur między ścianką a cieczą wrzącą i od natężenia przepływu kondensatu i wzrasta wraz z ich wzrostem.

Obliczona przeze mnie sprawność urządzenia grzejnego jest bardzo wysoka, w pierwszym przypadku osągnęła nawet 100%. Niewielkie błędy w dwóch pozostałych pomiarach mogą wynikać z niedokładności i nieprecyzyjności przy pomiarze czasu.

---