-

Struna i laboratorijska praksa

PRINUDNA I PRIRODNA KONVEKCIJAUvodKada je neko vrsto tijelo izloeno struji fluida ija je temperatura razliita od temperature tijela dolazi do razmjene energija izmedju tijela i fluida. Ako je temperatura tijela vea od temperature okolnog fluida, zagrijani djelii fluida se odvajaju od tijela odnosei dio toplote dok na njihovo mjesto dolaze novi hladniji djelii ili obrnuto. Ovakav vid razmjene (transporta) energije je poznat kao konvekcija.

Strujna slika pri strujanju fluida kroz zagrijanu cijev je prikazana na sl.1.1. Pri ulasku fluida konstantne temperature T0 u cijev ija je temperature zida Ts vea od temperature fluida T0 dolazi do zagrijavanja fluida i formiranja toplotnog graninog sloja debljine .prelazna oblastrazvijeni temp. profil

Sl.1.1 Razvoj temperaturskog graninog sloja i formiranje temperaturskog profila u zagrijanoj krunoj cijevi

Poslije odredjenog rastojanja, , koje definie prelaznu oblast, debljina graninog sloja se izjednaava sa poluprenikom cijevi i dolazi do formiranja punog temperaturskog profila. Duina prelazne oblasti zavisi od vrste strujanja. Za laminarno strujanje je definisana izrazom

,dok se za turbulentno strujanje kree u granicama

,zavisno od oblika ulaznog profila cijevi.Zagrijavanje cijevi se izvodi na razliite naine. Najee se koriste cijevi sa konstantnim toplotnim fluksom,

,

ili sa konstantnom temperaturom zida cijevi.

- Laboratorijska instalacija Instalacija je prikazana na sl. 1., dok je na sl. 2. prikazan popreni presjek instalacije.

- Mjerni parametri:1. Snaga grijaa2. Temperatura zida cijevi i izolacije3. Protok fluida

- Mjerna procedura1. Kad zagrijana cijev dostigne stacionarno stanje izmjeriti: Pritisak i temperaturu u laboratoriji Napon i struju na grijau Dinamiki pritisak na Pitotovoj sondi Temperatursko polje du cijevi2. Odrediti: Protok fluida Koeficijent konvekcije u zoni razvijenog temperaturskog polja Srednji koeficijent konvekcije Bezdimenzione parametre; Re, Nu, Pr duinu prelazne oblasti 3. Uporediti dobijene rezultate sa empirijskim formulama

- Upustva:1. Brzina strujanja u osi cijevi se odreuje na osnovu dinamikog pritiska, koji se mjeri pomou U-cijevi sa alkoholom ili manometrom;

, 2. Variranjem broja obrtaja ventilatora podesi se odgovarajua brzina vazduha, npr. 20 m/s i odredi protok,

3.

Dovedena toplota, , jednaka je snazi grijaa, P, umanjenoj za toplotu odvedenu usljed slobdne konvekcije, ,

Snaga grijaa je jednaka proizvodu struje kroz grija i napona na grijau, koji se moe varirati pomou varijatora napona. Toplota slobodne konve- kcije se moe odrediti pomou izraza datih na predavanjima. Ona je je- dnaka toploti koja se provodi usljed kondukcije kroz izolaciju, iji je koe-

ficijent toplotne provodnosti =0,054 W/mK. Za odreivanje ove to- plote koristiti izraze sa predavanja iz oblasti kondukcije.

kao i odgovarajue izraze iz oblasti slobodne konvekcije.

4. Toplotni fluks je jednak odnosu dovedene toplote i spoljne povrine cijevi. U ovom sluaju je konstantan du cijevi.

.

5. Toplotni bilans za ulazni i izlazni presjek cijevi je

Izmjeriti srednje temperature na ulazu i izlazu, sraunati toplotni fluks i uporediti ga sa prethodnom vrijednou. Komentarisati dobijenu razliku.

6. Toplotni bilans za element cijevi duine dL

Iz navedenih formula se moe priblino odrediti srednja temperatura svakog presjeka cijevi Tsr,i.

7. Temperaturski profili u zagrijanoj cijevi su prikazani na slici.

Srednja temperatura se defunie kao

.U sluaju konstantnog toplotnog fluksa gradijenti temperature du ose x u osi cijevi, na zidu i srednje temperature su isti,

Na osnovu izraza za toplotni fluks slijedi gradijent temperature,

,na osnovu koga se moe zakljuiti da je raspodjela temperature u oblasti razvijenog temperaturskog profila du x-ose linearna.

8. Lokalni koeficijent konvekcije na dijelu cijevi dL, na kome se temperatura zida i srednja temperatura mogu smatrati konstantnim, je

Sraunati lokalni koeficijent konvekcije za svaku sekciju i komentarisati dobijene razlike.

9. Srednji koeficijent konvekcije odrediti integralei lokalne i na osnovu stanja fluida u srednjem presjeku cijevi.

5