Другие статьи

Цель нашей работы - изучение аминокислотного и минерального состава травы чертополоха поникшего
2010

Слово «этика» произошло от греческого «ethos», что в переводе означает обычай, нрав. Нравы и обычаи наших предков и составляли их нравственность, общепринятые нормы поведения.
2010

Артериальная гипертензия (АГ) является важнейшей медико-социальной проблемой. У 30% взрослого населения развитых стран мира определяется повышенный уровень артериального давления (АД) и у 12-15 % - наблюдается стойкая артериальная гипертензия
2010

Целью нашего исследования явилось определение эффективности применения препарата «Гинолакт» для лечения ВД у беременных.
2010

Целью нашего исследования явилось изучение эффективности и безопасности препарата лазолван 30мг у амбулаторных больных с ХОБЛ.
2010

Деформирующий остеоартроз (ДОА) в настоящее время является наиболее распространенным дегенеративно-дистрофическим заболеванием суставов, которым страдают не менее 20% населения земного шара.
2010

Целью работы явилась оценка анальгетической эффективности препарата Кетанов (кеторолак трометамин), у хирургических больных в послеоперационном периоде и возможности уменьшения использования наркотических анальгетиков.
2010

Для более объективного подтверждения мембранно-стабилизирующего влияния карбамезапина и ламиктала нами оценивались перекисная и механическая стойкости эритроцитов у больных эпилепсией
2010

Нами было проведено клинико-нейропсихологическое обследование 250 больных с ХИСФ (работающих в фосфорном производстве Каратау-Жамбылской биогеохимической провинции)
2010


C использованием разработанных алгоритмов и моделей был произведен анализ ситуации в системе здравоохранения биогеохимической провинции. Рассчитаны интегрированные показатели здоровья
2010

Специфические особенности Каратау-Жамбылской биогеохимической провинции связаны с производством фосфорных минеральных удобрений.
2010

Радиационно-конвективный теплообмен тонкого горизонтального цилиндра в неограниченной воздушной среде 

Проведены исследования теплоотдачи тонкой алюмелевой проволоки в неограниченной воздушной среде с использованием при расчетах  её  яркостного диаметра. Получены зависимости параметров теплоотдачи от  температуры проволоки. 

В настоящей работе на основе проведенных экспериментов и расчетов анализируются качественные и количественные показатели радиационно- конвективного теплообмена электрически нагреваемой горизонтально расположенной алюмелевой проволоки диаметром 0,6 мм в неограниченной воздушной среде.

  1. Экспериментальная установка и снятие показаний приборов

Эксперименты проводились на лабораторной установке, имеющей деревянную рамку с системой электроизолированного крепления и натяжения проволоки, выпрямитель и трансформатор постоянного тока. С целью получения надежности снимаемых показаний алюмелевая проволока подвергалась отжигу при 950°С и использовалась до температуры накала не более 1000°С с целью предотвращения окалины, влияющей на чистоту её поверхности и возможное уменьшение её действительного диаметра. Постоянство длины проволоки l=300мм контролировалось как при её эксплуатации, так и при замене её на новую. Влияние теплового расширения проволоки по её диаметру и длине, определяемое величиной (1+βt) =  dt/= lt/l, не учитывалось, так как при tп  = 1000°C и β = 13,7·10-6  1/°С оно увеличивало диаметр на 0,008мм и длину ‒ на 4,1мм, или на 1,4%. Из-за вынужденной утечки тепла с концов проволоки в места её крепления и измерения перепада напряжения её расчетная длина l была уменьшена до 285мм, при этом температура её накала сохранилась, так как величина Rt/R0, по которой определяется эта температура, не изменяется ввиду того, что Rt и R0 одинаково зависят от длины l.

Перепад напряжения ∆Ut (от 1 до 10В) и сила тока в цепи It (от 3 до 17А) измерялись на нагретой проволоке одновременно двумя мультиметрами с точностью до 0,01В и 0,01А, однако, из-за колебаний сетевого напряжения абсолютная погрешность принималась 0,03В и 0,03А. Затем вычислялись величины Rt и Rt/R0 , где R0 = 0,259Ом = const - сопротивление проволоки при 0°С. Взаимозависимость между tп и Rt/R0, полученная ранее на алюмелевой проволоке диаметром 0,6 мм и приведенная к табличному виду, использовалась и в нашем случае для определения величины tп. Она показала хорошее совпадение с данными заводских стандартов на промышленную     алюмелевую    проволоку     марки    НМцАК    2-2-1.    Абсолютная погрешность по температуре tп не превышает 4°С при tп = (200÷400) °С и уменьшается до 1,5°С при увеличении tп  до 1000°С.

В процессе экспериментов из одномоментно полученной серии были отобраны 14 последовательно возрастающих по температуре накала проволоки tп режимных точек, параметры которых и были использованы в дальнейших расчетах.

  1. Расчет и анализ полученных результатов

Известные формулы из [1,2], которые будут приведены ниже, используемые для расчета теплоотдачи тонкого горизонтального цилиндра при естественной конвекции воздуха, являющейся одной из составляющих радиационно-конвективного теплообмена, имеют условия своего применения по определяющему размеру диаметра d, не зависимого от температуры накала поверхности цилиндра. Наши же эксперименты показывают, что, начиная с температуры накала ≈ 490°С, диаметр d начинает возрастать с ростом tп. Это проявляется в размере границ его яркостного накала, что хорошо продемонстрировано на фотографиях. Диаметр d в пределах температур, вызывающих его светимость, получил название «яркостный диаметр», которое используется в дальнейшем тексте.

То, что авторы [1,2] не дают диапазон температуры tп для корректного использования своих формул в какой-то мере понятно: их формулы предназначены только для определения конвективных параметров теплообмена, без влияния радиации. Не зная высшего предела по tп при использовании этих формул в нашем случае, мы провели по экспериментально полученным данным в диапазоне tс = (172÷977) °С полные расчеты радиационно-конвективной теплоотдачи по двум формулам с целью определения их корректности вкупе с классической формулой Стефана-Больцмана, используемой при расчетах радиационной теплоотдачи при известных и неизвестных значениях интегральной степени черноты материалов тел ε, участвующих в теплоотдаче. Их результаты показали, что использование как определяющей величины d = 0,6мм= const допустимо только до температуры tп ≈ 500°С. Далее, при tп >500°С использование d = const приводит к тому, что величина интегральной степени черноты ε алюмелевой проволоки, вычисленная по формуле Стефана- Больцмана, начинает резко возрастать по сравнению с её падением до этого и при tп ≥ 670°С переходит за 1. Такая некорректность поведения величины ε лучше, чем что-либо иное, указывает на то, что с повышением температуры tп необходимо учитывать увеличение яркостного диаметра алюмелевой проволоки d, что и было сделано при дальнейших расчетах по двум выбранным нами формулам:

    

Увеличение яркостного диаметра проволоки с повышением подводимой к ней тепловой мощности вызывается ионизацией воздуха, прилегающего к поверхности проволоки и образующего вокруг неё равномерную и устойчивую  при естественной конвекции светящуюся прослойку раскаленного воздуха, которая по расчетам с использованием формул, приведенных в [3], имеет практически такую же температуру, как и сама проволока. Эти расчеты, наряду с приведенными фотографиями, демонстрирующими цветную картину постадийного увеличения диаметра d с показом даже пограничного слоя на границе светящейся прослойки, дают  нам  основание  использовалась  зависимость  d  f  (tп)  (рисунок  2).      Эта зависимость построена по фрагментам фотографий (рисунок 1) по трем размерам яркостного диаметра d при указанной на фотографиях температуре накала проволоки tп, пересчитанным с помощью масштабирования для получения их действительных значений. Абсолютная погрешность размера d не превышает ± 3% его действительной величины. Особенностью этой зависимости являются постоянство величины d до температуры 490°С и дальнейший её рост с увеличением температуры по линейному закону, что было подтверждено экспериментальными точками и при температурах > 1000°С. Этот диаметр и принимался в качестве определяющего размера в критерии Ra при расчете поверхности нагрева F и коэффициента теплоотдачи α.

Анализ полученных результатов сводится к приведенным на рисунках 3-5 графикам взаимозависимостей между α, qк/qр, ε, Δt, tп. Графики показывают, что расчеты, проведенные на основе экспериментально полученных данных по формулам Цветкова и Михеева (1,2), дают результаты, идентичные по качественным характеристикам, но местами различающиеся от 5 до 40 % по количественным показателям. Формула Михеева отдает предпочтение роли конвективной составляющей qк по сравнению с радиационной составляющей qр в общей теплоотдаче проволоки, а формула Цветкова, наоборот, уменьшает влияние конвективной составляющей, что в конечном итоге позволяет за счет более корректного сведения теплового баланса получить лучшие качественные показатели очень важной для теплотехники зависимости ε= f (tп).

Рисунок 1 – Фотографии алюмелевой проволоки (1/3х) при накале до: а – 706 °С; б – 911 °C; в – 977 °C. Ниже та же проволока при 25 °C

Рисунок 2 – Зависимость определяющего диаметра проволоки от её температуры

Рисунок 3 – Зависимость коэффициента теплоотдачи от температурного напора между поверхностью нагрева и воздухом  

Рисунок 4 – Зависимость отношения

Рисунок 5 – Зависимость интегральной конвективного и радиационного степени черноты алюмелевой проволо- тепловых потоков от температурного ки ε от её температуры напора меду поверхностью нагрева и воздухом

Выводы и рекомендации

  1. Учитываемый в расчетах в качестве определяющего яркостный диаметр алюмелевой проволоки d = f(tп) дает возможность корректно сводить тепловой баланс в процессе радиационно-конвективного теплообмена и получать реальные взаимозависимости тепловых и геометрических параметров теплоотдачи.
  2. Полученные фотографии подтверждают правильность выбираемых для расчета параметров и демонстрируют в цветном изображении не только постадийное увеличение яркостного диаметра с повышением температуры её накала, но и пограничный слой между светящейся прослойкой ионизированного воздуха, образующейся вокруг проволоки, и обтекающим её при естественной конвекции воздухом.
  1. Дальнейшие исследования могут быть целесообразны в направлении изучения влияния геометрических параметров и материала электропроводящих проволок на характеристики их теплоотдачи в различной газовой среде с целью использования их результатов в электротехнике и электронике.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

  1. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен: учебник для вузов М.: Изд. Дом МЭИ, 2011.
  2. Темирбаев Д.Ж. Тепломассообмен: учебное пособие для вузов. Алматы,
  3. Чиркин В.С. Теплопроводность промышленных материалов. М.: Машгиз, 1962.

Разделы знаний

Архитектура

Научные статьи по Архитектуре

Биология

Научные статьи по биологии 

Военное дело

Научные статьи по военному делу

Востоковедение

Научные статьи по востоковедению

География

Научные статьи по географии

Журналистика

Научные статьи по журналистике

Инженерное дело

Научные статьи по инженерному делу

Информатика

Научные статьи по информатике

История

Научные статьи по истории, историографии, источниковедению, международным отношениям и пр.

Культурология

Научные статьи по культурологии

Литература

Литература. Литературоведение. Анализ произведений русской, казахской и зарубежной литературы. В данном разделе вы можете найти анализ рассказов Мухтара Ауэзова, описание творческой деятельности Уильяма Шекспира, анализ взглядов исследователей детского фольклора.  

Математика

Научные статьи о математике

Медицина

Научные статьи о медицине Казахстана

Международные отношения

Научные статьи посвященные международным отношениям

Педагогика

Научные статьи по педагогике, воспитанию, образованию

Политика

Научные статьи посвященные политике

Политология

Научные статьи по дисциплине Политология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Психология

В разделе "Психология" вы найдете публикации, статьи и доклады по научной и практической психологии, опубликованные в научных журналах и сборниках статей Казахстана. В своих работах авторы делают обзоры теорий различных психологических направлений и школ, описывают результаты исследований, приводят примеры методик и техник диагностики, а также дают свои рекомендации в различных вопросах психологии человека. Этот раздел подойдет для тех, кто интересуется последними исследованиями в области научной психологии. Здесь вы найдете материалы по психологии личности, психологии разивития, социальной и возрастной психологии и другим отраслям психологии.  

Религиоведение

Научные статьи по дисциплине Религиоведение опубликованные в Казахстанских научных журналах

Сельское хозяйство

Научные статьи по дисциплине Сельское хозяйство опубликованные в Казахстанских научных журналах

Социология

Научные статьи по дисциплине Социология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Технические науки

Научные статьи по техническим наукам опубликованные в Казахстанских научных журналах

Физика

Научные статьи по дисциплине Физика опубликованные в Казахстанских научных журналах

Физическая культура

Научные статьи по дисциплине Физическая культура опубликованные в Казахстанских научных журналах

Филология

Научные статьи по дисциплине Филология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Философия

Научные статьи по дисциплине Философия опубликованные в Казахстанских научных журналах

Химия

Научные статьи по дисциплине Химия опубликованные в Казахстанских научных журналах

Экология

Данный раздел посвящен экологии человека. Здесь вы найдете статьи и доклады об экологических проблемах в Казахстане, охране природы и защите окружающей среды, опубликованные в научных журналах и сборниках статей Казахстана. Авторы рассматривают такие вопросы экологии, как последствия испытаний на Чернобыльском и Семипалатинском полигонах, "зеленая экономика", экологическая безопасность продуктов питания, питьевая вода и природные ресурсы Казахстана. Раздел будет полезен тем, кто интересуется современным состоянием экологии Казахстана, а также последними разработками ученых в данном направлении науки.  

Экономика

Научные статьи по экономике, менеджменту, маркетингу, бухгалтерскому учету, аудиту, оценке недвижимости и пр.

Этнология

Научные статьи по Этнологии опубликованные в Казахстане

Юриспруденция

Раздел посвящен государству и праву, юридической науке, современным проблемам международного права, обзору действующих законов Республики Казахстан Здесь опубликованы статьи из научных журналов и сборников по следующим темам: международное право, государственное право, уголовное право, гражданское право, а также основные тенденции развития национальной правовой системы.