Обработка результатов наблюдений

4. Обработка результатов наблюдений

 

Определение расхода воздуха через установку

Модуль сужающего отверстия

.

Плотность воздуха перед сужающим устройством

 кг/м³,

где g – ускорение силы тяжести, g = 9,80665 м/с².

Поправочный множитель на расширение измеряемой среды ε для нормальных диафрагм:

,

где k – показатель адиабаты измеряемой среды (для воздуха k = 1,4).

Величина перепада давления:

 мм вод. ст.

где ρ_ж – плотность рабочей жидкости микроманометра (спирта) при 20 °С, г/см³; 0,8095 – плотность эталонного спирта при 20 °С, г/см³; 0,0011 – коэффициент объемного расширения спирта, 1/°С; t_ж – температура рабочей жидкости, принимаемая равной t_ОС; k_изм – множитель, равный синусу угла наклона измерительной трубки микроманометра; Н_пок – показание прибора, отсчитываемое по измерительной шкале, мм.

Теоретический расход воздуха через экспериментальную установку:

 м³/с,

где α_и – исходный коэффициент расхода; k₂ – поправочный множитель на шероховатость измерительного трубопровода; k₃ – поправочный множитель на неостроту входной кромки диафрагмы.

Значение α_и зависит от типа сужающего устройства и модуля m:

при

.

Произведение поправочных множителей k_2,3 = k₂ k₃ находят из таблицы 2 [1] по значениям m, D_ТР.

Коэффициент кинематической вязкости воздуха рассчитывают, используя известную формулу Милликена

 м²/с.

Число Рейнольдса, отнесенное к диаметру измерительного трубопровода:

Действительный расход воздуха:

 м³/с,

где k₁ – поправочный множитель на число Рейнольдса, определяемый по номограмме, представленной на рис. 5 [1].

Для основной диафрагмы, используемой на стенде (m= 0,259), k₁ можно рассчитать также по приближенному аппроксимационному уравнению

Плотность воздуха во входных каналах циклонной камеры

 кг/м³.

Среднерасходная скорость воздуха в шлицах

 м/с.

Безразмерное избыточное статическое давление газа на боковой поверхности циклонной камеры

Безразмерное (отнесенное к динамическому давлению на входе) статическое давление во входных каналах

Гидравлическая характеристика циклонной камеры – суммарный коэффициент сопротивления по входу:

где Р_П – перепад полного давления в циклоне, мм вод. ст.;

Р_ДИН – динамическое давление во входных каналах, мм вод. ст.

Коэффициент кинематической вязкости воздуха при входных условиях

Входное число Рейнольдса вычисляется по формуле

Расчет распределений скоростей и давлений в объеме циклонной камеры (по данным замеров пневмометрическим цилиндрическим зондом)

Избыточное статическое давление потока в произвольной точке

 мм вод. ст.,

где А₁, А₂ – показания пневмометрического насадка, мм вод. ст.;

k_Ц, k_Ц-Б – поправочные коэффициенты, определяемые тарировкой насадка.

Плотность воздуха в произвольной точке потока

 кг/м³.

Полная скорость потока в точке замера

 м/с.

Безразмерная осевая составляющая полной скорости

Безразмерная вращательная составляющая полной скорости потока

.

Избыточное безразмерное статическое давление в точке замера

.

Безразмерное избыточное полное давление в точке замера

Размерная величина максимальной вращательной скорости

 м/с

Обсчет опытных данных по конвективному теплообмену

Суммарный тепловой поток от калориметра к охлаждающему воздуху определяется по количеству конденсата, собранному за время опыта с рабочего участка:

 Вт,

где G_К – масса конденсата, кг;

τ – время опыта, с;

r_n – теплота парообразования, Дж/кг.

Температуры насыщения

 ⁰С,

где Р_ИЗБ – избыточное давление в калориметре, создаваемое столбом воды в гидрозатворе, Р_ИЗБ =Н_ГИДР, мм вод. ст.

 Дж/кг.

Лучистый тепловой поток между калориметром и боковой поверхностью циклонной камеры.

где  – приведенная степень черноты системы; ε_Ц, ε_СТ – соответственно степени черноты калориметра и поверхности циклонной камеры(, ); C₀=5,77 – постоянная Стефана-Больцмана, ; Т_Ц – абсолютная температура внешней поверхности калориметра, К; T_СТ – абсолютная температура внутренней поверхности камеры (); F_Ц – площадь поверхности теплообмена калориметра, F_Ц=πd_Цl_Ц, м²; F_СТ - площадь боковой поверхности циклонной камеры, , м².

 м²,

 м².

Конвективный тепловой поток:

 Вт.

Приращение температуры воздуха, охлаждающего калориметр

 ⁰С,

где С_Р – средняя массовая теплоемкость воздуха при постоянном давлении, равная 1005 Дж/(кг °С) в диапазоне температур от 0 до 60 ⁰С.

Средняя температура циклонного потока

 ⁰С.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от калориметра к закрученному воздуху

 Вт/(м²⁰С).

Число Нуссельта

где  – коэффициент теплопроводности воздуха при средней температуре потока.

 Вт/(м²⁰С).

Плотность воздуха на радиусе r_φm

 кг/м³,

где Р_СТ – избыточное статическое давление воздуха на радиусе r_φm, мм вод. ст.

Коэффициент кинематической вязкости воздуха на радиусе r_φm

Число Рейнольдса

Статистическая обработка данных

После обработки опытных данных по теплоотдаче для всех исследованных в работе режимов по числу Рейнольдса устанавливается функциональная связь между числами Nu и Re в виде зависимости (6).

Наиболее обоснованным и широко распространенным в практике научных исследований видом аппроксимации опытных данных является метод «наименьших квадратов», связанный со статистическим законом распределения случайных ошибок эксперимента.

Сущность метода заключается в том, что он обеспечивает минимальное значение суммы квадратов отклонений опытных точек по вертикали от расчетной зависимости, описывающей экспериментальные данные.

Применим данный метод для окончательной обработки результатов экспериментов, используя значение показателя степени m при комплекса. D, полученное ранее. (Следует заметить, что m, как правило, значительно меньше n и погрешность в определении m не сказывается существенно на результатах расчетов чисел Nu.).

Запишем зависимость в виде:

где

,

,

Все опытные данные обобщим в координатах , (рисунок 1 приложения).

где z – число опытов.