ćwiczenie 6

6. BADANIE PRZEKAZYWANIA CIEPŁA PRZEZ PRZEGRODĘ PŁASKĄ
6.1 Cel ćwiczenia
1.1. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynników przenikania ciepła k, przejmowania ciepła α z i α w oraz przewodzenia ciepła λ dla przegrody płaskiej.
1.2. Oszacowanie jaki wpływ na wartość współczynnika α z ma przekazywanie ciepła
drogą promieniowania.
6.2 Opis doświadczenia
Gorące powietrze o temperaturze tg przepływa przez pionowy nie izolowany kanał
o przekroju prostokątnym przekazując ciepło do otoczenia o temperaturze t0.(rys.1).
Wewnątrz kanału strumień ciepła od podgrzanego powietrza wnika do płaskiej ściany
w warunkach konwekcji wymuszonej. Na zewnątrz kanału oddawanie ciepła do otoczenia
odbywa się na drodze konwekcji naturalnej i promieniowania.
W ściance kanału wbudowany jest czujnik gęstości strumienia ciepła q (handlowa
nazwa — ciepłomierz) oraz termopary mierzące temperaturę powierzchni ścianki
wewnętrznej tw, zewnętrznej tz i gorącego powietrza tg.
Pomiary przeprowadza się dla dwóch nastaw grzejnika (termowentylatora). Odczyty
wskazań przyrządów dokonuje się po ustaleniu się równowagi cieplnej układu (po upływie
ok. 20 min od chwili zadania każdej mocy termowentylatora).
Rys. 1. Schemat ideowy stanowiska
1/3
Uwaga:
Ponieważ zimne końce termopar mają temperaturę otoczenia t0, faktycznie mierzone są
różnice temperatur (tz-t0), (tw-t0), (tg-t0).
.
Stała ciepłomierza: q c = 500 W/m2 dla siły elektromotorycznej ∆U = 100 mV.
6.3 Opracowanie wyników
6.3.1. Wyznaczenie współczynników k, α z , α w .
Do obliczenia współczynników k, α z , α w , λ wykorzystuje się wzory:
q = k (t g − t 0 )
(1)
q = α z (t z − t 0 )
(2)
q = α w (t g − t w )
(3)
.
.
.
k=
1
(4)
δ 1
+ +
αw λ αz
1
.
Znając gęstość strumienia ciepła q oraz temperatury tg, tz, tw i to, jak również materiał,
z którego wykonany jest kanał (pleksi - znajomość współczynnika λ) oraz grubość ścianki
(δ)
należy
obliczyć
wartości
współczynników
przenikania,
przewodzenia
oraz
przewodzenia ciepła.
6.3.2. Wyznaczenie współczynnika przewodzenia ciepła λ.
.
Znając gęstość strumienia ciepła q oraz temperatury tg, tz, tw i to należy wyznaczyć
współczynnik λ wykonując odpowiednie przekształcenia wzorów (1), (2), (3) i (4).
6.3.3. Wyznaczyć błędy maksymalne współczynników k, α z , α w , λ , jeśli gęstość strumienia
.
ciepła q zmierzono z błędem maksymalnym 5%, a błąd maksymalny pomiaru temperatury
wynosi 0,2°C, a błąd pomiaru grubości ścianki kanału jest równy 0,5 mm.
2/3
6.4 Pytania sprawdzające
1. Co to jest opór przewodzenia, przenikania ciepła? Podać odpowiednie wzory dla
przegrody jedno i wielowarstwowej.
2. Wyprowadź wzór Pecleta określający strumień ciepła przenikający przez przegrodę płaską.
3. Co wyraża prawo Newtona? Objaśnij za pomocą wzoru.
Podać przykłady konwekcji naturalnej i wymuszonej oraz podać przykładowe wartości α dla tych
przypadków.
3/3