Cel ćwiczenia :

Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych zależności między wielkościami występującymi przy konwekcji wymuszonej . Wyznaczana jest zależność wartości współczynnika wnikania ciepła od prędkości przepływu powietrza wewnątrz rury .

Schemat stanowiska pomiarowego

Stanowisko składa się z rury metalowej 3, na którą nawinięty jest grzejnik elektryczny 5. Przez rurę przepływa powietrze tłoczone wentylatorem 1 o regulowanej wydajności . Strumień powietrza mierzony jest rotametrem 2. Temperatura powietrza na wlocie i na wylocie oraz temperatura ścianki rury mierzone są termoparami 4.

Wstęp teoretyczny .

Konwekcja polega na przekazywaniu ciepła od ścianki do omywającego ją płynu lub odwrotnie . Na intensywność konwekcyjnego strumienia ciepła duży wpływ ma prędkość przepływającego płynu . Konwekcyjna wymiana ciepła charakteryzowana jest za pomocą współczynnika wnikania ciepła α wchodzącego w związek między gęstością strumienia ciepła
wymiennego przez ściankę z płynem a różnicę temperatury powierzchni
i temperatury płynu
:

Analiza przepływu ciepła przez konwekcję sprowadza się zazwyczaj do określenia współczynnika wnikania ciepła , który w postaci bezwymiarowej przedstawia liczba Nusselta

Liczbę Nusselta możemy wyrazić w zależności od innych liczb bezwymiarowych : Reynoldsa , Prandtla , Grashoffa :

Nu=f(Re,Pr,Gr)

Przepływ czynnika może być uwarstwiony (laminarny) , przejściowy lub burzliwy (turbulentny ). Dla przepływu laminarnego słuszna jest powyższa zależność .

Dla przepływu burzliwego wpływ ruchu swobodnego jest znikomy i równanie kryterialne przybiera postać :

Nu=f(Re,Pr)

Rozróżnia się zazwyczaj dwa przypadki :

-czynnik płynie wewnątrz kanału ,

-czynnik omywa z zewnątrz powierzchnię wymieniającą ciepło .

W celu uwzględnienia dodatkowych czynników , nie dających ująć się w ramy liczb kryterialnych wprowadza się do równań poprawki . Uwzględniają one między innymi :

-zwiększenie się średniej wartości α na tzw. Odcinku rozbiegowym ,

-wpływ kierunku przepływu ciepła ( od ścianki do płynu lub odwrotnie )