Мета роботи. Вивчити контактні і безконтактні способи вимірювання температури; порівняти два способи визначення температури поверхні тіла (термоелект-ричним термометром і

Вивчити контактні і безконтактні способи вимірювання температури; порівняти два способи визначення температури поверхні тіла (термоелект-ричним термометром і пірометром випромінювання АПИР-С); визначити кое-фіцієнт тепловіддачі від горизонтальної циліндричної деталі при вільній кон-векції в повітрі; узагальнити результати досліду на основі теорії подібності таким чином, щоб вони могли бути поширені на деталі іншого діаметра та інші рідини, які омивають деталь.

7.2. Програма теоретичної підготовки

Конвективний теплообмін. Основні поняття і визначення. Суміжний прошарок Прандтля. Основні положення теорії подібності.

Гідродинамічна подібність процесів конвективного теплообміну. Фі-зичний зміст критеріїв подібності. Теплова подібність процесів конвектив-ного теплообміну. Критеріальні рівняння. Визначальні параметри. Крите-ріальна обробка експериментальних спостережень.

Тепловіддача при вимушеному русі рідини. Тепловіддача при ла-мінарному і турбулентному суміжних прошарках. Тепловіддача при оми-ванні одної труби або пучка труб.

Тепловіддача при вільному русі рідини в необмеженому об’ємі біля вертикальних поверхонь.

Теплообмін випромінюванням. Основні поняття і визначення.

Основний закон поглинання. Спектральна і інтегральна щільності потоку випромінювання. Основні закони теплового випромінювання: Планка; Стефана–Больцмана; Кірхгофа. Ступінь чорноти тіла.

Теплообмін випромінюванням в системі тіл, що розділені прозорим середовищем. Екрани. Теплообмін між тілами при наявності екранів. Склад-ний теплообмін.

Література: [ 1, с. 97–109; с. 114–120; 2, с. 94–114, с. 117–120, с. 126–133; 3, с. 363–384, с. 388–400, с. 403–406, с. 421–435; 4, с. 151–164, с. 174–184; 7, с. 108–128, с. 129–146, с. 146–155, с. 165–166, с. 192–200, с. 201–208, с. 312–326, с. 326–334].

7.3. Схема експериментальної установки і короткий опис її роботи

Дослідна установка, схема якої зображена на рис. 7.1, складається з горизонтальної циліндрічної деталі 1, яка закрита з торців теплоізоляційними заглушками 2. Всередині деталі розташований електронагрівач 3.

Рис. 7.1 – Схема дослідної установки

Теплова потужність, що виділяється електронагрівачем, вимірюється ватметром 4 і може регулюватися лабораторним автотрансформатором 5. Повздовж поверхні деталі на рівних відстанях одна від одної розташовані термопари 6, кінці яких під’єднуються до багатоточкового потенціометра, що проградуйований в градусах Цельсія.

За рахунок теплоти, що виділяється електронагрівачем, деталь із оцинкованого заліза ( = 580 мм, =130 мм) нагрівається до деякої тем-ператури, при якій настає стаціонарний режим тепловіддачі від поверхні деталі до повітря при вільній конвекції.

Температура поверхні деталі вимірюється додатково безконтактним способом за допомогою пірометра АПИР-С.

Температура навколишнього повітря вимірюється термометром на достатній відстані від установки.

7.4. Схема установки АПИР-С і опис її роботи

Агрегатний комплекс стаціонарних пірометрів містить у собі піро-метричний перетворювач повного випромінювання ППТ-142 в комплекті з вимірювальним перетворювачем ПВ-0.

Пірометричний перетворювач (рис. 7.2) зібраний на кронштейні 1 і закріплений на оправі 2 за допомогою гвинтів. На кронштейні 1 також кріпляться дзеркало 3, обойма 4, об’єктив 5 і окуляр 6.

Рис. 7.2 – Будова пірометричного перетворювача

Дзеркало 3 фокусує випромінювання від об’єкта вимірювання на приймач випромінювання 7, який закріплений в обоймі 4. Об’єктив 5 скла-дається із флюоритової лінзи, що вклеєна в металеву втулку, і виконує по-двійну функцію: фіксує випромінювання від об’єкта вимірювання на тильну сторону приймача випромінювання і разом з окуляром 6 складає візирний пристрій, який служить для наведення приладу на об’єкт вимірювання.

Приймач випромінювання являє собою 14-спайну термобатарею з фольгових хромель-копелевих термопар, що з’єднані послідовно. Термо-батареї мають деяку похибку чутливості, тому для одержання стандартної градую-вальної характеристики передбачений калібрувальний гвинт 8. На кронштейні, в безпосередній близькості від приймача випромінювання, закріплена мідна котушка 9, яка увімкнена в одне плече мосту. Котушки мосту і дільника напруги розміщуються на друкованій платі 10, яка за-кріплюється на оправі. Для захисту плівки від випадкових механічних пошкоджень в передній частині містяться захисні жалюзі 11.

7.5. Порядок вимірювання температури на установці АПИР-С

1. За допомогою перемикача “Сеть”, що розташований на передній панелі блока живлення БП-11, подати напругу на прилад ПВ-0 і прогріти його протягом 30 хв.

2. Виконати калібрування перетворювача:

а) перемикач ”Излучательная способность” встановити в положення “1, 0”;

б) перемикач “Запоминание” встановити в положення “Выключено”;

в) натиснути на кнопку “Уст. нуля” і потенціометром “Уст. нуля” пе-ревести стрілку індикатора в середнє положення, при цьому вихідний сигнал повинен дорівнювати нулю;

г) натиснути на кнопку “Калибровка” і потенціометром “Калибровка” встановити стрілку в середнє положення, при цьому вихідний сигнал повинен відповідати своєму верхньому значенню.

3. Встановити перемикач “Излучательная способность” у задане по-ложення. Натиснути на кнопку “Уст. нуля” і потенціометром “Уст. нуля” встановити нуль приладу.

4. Пірометричний перетворювач встановити в штатив і за допо-могою регулюючих пристроїв навести на об’єкт так, щоб зображення, що спостерігається через окуляр, симетрично і повністю перекривало термо-батарею. Номінальна відстань від дзеркала перетворювача до об’єкта – 1 м. Мінімальна відстань (0, 5 м) можлива до об’єкта діаметром не менше 150 мм. За допомогою блока індикації записати вихідний сигнал в міліамперах і за градуювальною таблицею 7.2 визначити радіаційну температуру. Діапазон вимірюваних температур – 100...300 °С. Основна допустима похибка ви-мірювання радіаційної температури ± 4, 5 °С.

Таблиця 7.2 – Вихідні сигнали блоку індикації

5. За допомогою перемикача “Сеть” виключити перетворювач ПВ-0. При вимірюванні температури реальних тіл, що мають коефіцієнт випроміню-вання відмінний від одиниці, істинну температуру об’єкта Т, можна визначити як:

(7.1)

де Т_р – радіаційна температура, К; ε –сумарний коефіцієнт випро-мінювання об’єкта.

6. Знаючи коефіцієнт випромінювання об’єкта (ε = 0, 2), визначити його істинну температуру за формулою (7.1).

7. Повторити пп. 2–5 для двох інших режимів, вказаних викладачем.

8. За допомогою термометра виміряти температуру повітря в лабо-раторії на відстані від установки.

9. Виключити установку.