Budapet Műzak é Gazdaágtudomány Egyetem Közlekedémérnök Kar Repülőgépek é hajók Tanzék Hő- é áramlátan II. 2008/2009 I. félév 1 Méré Hőugárzá é a vízznte cő hőátadáának vzgálata Jegyzőkönyvet kézítette: Katona Géza (L0I8ZH) Méré deje: Méré helye: 2008. zeptember 26. péntek 10:15 11:5 AE klabor Mérét végezte: Katona Géza (L0I8ZH) Laborvezetők: Sándor Itván Budapet, 2008-11-0 1
Hőugárzá vzgálata Méré célja A méré célja különféle fnomágú, ugárzó felületek feketeég fokának özehaonlítáa. Méré leírá A berendezé bekapcoláa után a torod-tranzformátorok forgatógombját laan elforgatva a ugárzó lapokat fokozatoan felfűtöttük azono kb. -150 C- hőmérékletg, tt megvárva az állandóult üzemmód kalakuláát leolvatuk a teljeítménymérőn látható értékeket. Ezután 25 C-onként emeltük a lapok hőmérékletét, mnden alkalommal állandóult állapotban megmételtük a leolvaát egézen 250 C-g. Az azono felület-hőmérékleténél végrehajtott leolvaáoknál megfgyelhető volt a lapoktól azono távolágon elhelyezett, egymáal dfferencakötében lévő termoelemek körébe kapcolt galvanométer ktérée abba az rányba, melynél a felület kugárzáa nagyobb. A ktéré rányának özhangba kell lenne a feketeég fokra vonatkozó megállapítáal. Mérőműzer elv vázlata Az 1, ll 2-e jelű függőlege helyzetű ugárzó lapok egyke ma, a mák érde felületű. Elhelyezéük olyan, hogy a kalakuló zabad konvekcó a két lapnál haonló legyen. Mndkét lap közepén azono módon beépített (3, ) termoelem van, a ugárzó felület hőmérékletének érzékeléére. A hőméréklet megjelenítéére dgtál mérűműzert alkalmaztunk (5, 6). A ugárzó lapok hőméréklete a fűtőáramkörökbe beépített (7, 8) torod tranzformátorokkal volt zabályozható, az dőegyég alatt bevezetett energa döntő hányada a függőlege, kör alakú ugárzó felületen é az ahhoz catlakozó rövd hengerpalát felületen távozott ugárzá é hőátadá útján. Méré Az dőegyég alatt bevezetett energa (mért teljeítmény) egy réze zabad konvekcó útján jut a környezetbe, ezért a W 1 = Q 1 = ε 1 C 0 A T 1 W 2 = Q 2 = ε 2 C 0 A T 1 egyenletek cak a hőátadáal átzármaztatott hőmennyégek elhanyagoláával helytállóak. Ezen a pontatlanág kküzöbölée céljából végeztük el a következőket. A feketeég fokot határozzuk meg a következő képletből: ε 1 = Q 1 C 0 A T 1 ε 2 = Q 2 C 0 A T 1 Budapet, 2008-11-0 2
W C 0 = 5,67 m 2 K T 0 = 25 = 298 K d = 1 cm = 0,1 m A = d 2 π = 0,1 2 π = 0,061575 m 2 t 1 (C ) t 2 (C ) P (Watt) T 1 (K) T 2 (K) ε 1 ε 2 ε 1j /ε 25 ε 2j /ε 15 1. 98 371 373 1,511873165 1,79706801 1,97180377 1,86503276 2. 180 18 200 53 57 1,360322 1,313337039 1,77175238 1,6553887 3. 20 2 300 513 517 1,20688599 1,20273536 1,6181217 1,5159575. 310 315 320 583 588 0,793390062 0,76676268 1,0379167 0,96617787 ε 1,8 1,6 1, 1,2 1 0,8 y = -0,0032x + 1,8981 0,6 0, 0,2 0 0 50 150 200 250 300 350 t ( C) ε 1,8 1,6 1, 1,2 1 0,8 y = -0,0032x + 1,8585 0,6 0, 0,2 0 0 50 150 200 250 300 350 t ( C) Budapet, 2008-11-0 3
Vízznte cő hőátadáának vzgálata A méré célja A méré célja végtelen vízznte hengerfelület zabad konvekcó (termézete áramlá) útján történő hőleadáának vzgálata, a hőátadá tényező zámítáára zolgáló általáno érvényű özefüggé meghatározáa. A méré leíráa A középő torod tranzformátor egítégével a teljeítménymérőn beállítottuk a vzgálandó fűté teljeítményt. Ezzel egydejűleg a két zélő kompenzáló fűtőtet zabályozó tranzformátoranak forgató gombját a középővel azono helyzetbe forgattuk. A méré orán ügyeltünk arra, hogy a két zélő mllvolt-mérő nullát. Negatív zám megjelenítée eetén az adott helyen a kompenzáló fűtét fokozn, míg ellenkező eetben cökkenten kellett. A méré zakaz közepén elhelyezett, orba kapcolt termoelemeken létrejövő termofezültég értékeket leolvatuk é felírtuk, majd a leolvaát 5 percenként addg mételtük, amíg a termofezültég változáa az állandóult állapot bekövetkezée matt meg nem zűnt, lletve 0,0 mv mn alá nem cökkent. Ekkor leolvatuk a környezet hőméréklet értékét. A mérőműzer elv vázlata Budapet, 2008-11-0 hozú A kíérlet berendezé fő réze az 1050 mm 56 mm 50 mm átmérőjű acélcő, melynek középő l=385 mm hozú önálló, zabályozható fűtéel (I) rendelkező zakaza volt a tulajdonképpen méré zakaz. A cővégek felé rányuló hőáramlá kküzöböléére zolgáltak a II. é III. zámú kompenzáló fűtőtetek, melyek egítégével bztoítható volt az 1 é 2, valamnt 3 é méré helyek azono hőméréklete. Állandóult üzemmód eetén így a méré zakazba bevezetett fűtőteljeítmény megegyezett a zakaz felületén távozó hőmennyéggel. Az 1-2, lletve 3- termoelemek kapcoláa olyan volt, hogy azok a jelzett pontok között hőmérékletkülönbéggel arányo termofezültéget adták, tehát azono hőmérékletek eetén a két zélő mllvolt-mérőnek zérut kellett mutatna. A méré zakaz felületén elhelyezett é orba kapcolt 5, 6, 7, 8 z. termoelemek a felület átlaghőméréklet é környezet hőméréklet különbégével arányo termofezültéget zolgáltattak, melynek értéke a középő mllvoltmérőn voltak leolvahatók. A bevezetett fűté teljeítményeket torod tranzformátorokkal külön- külön zabályozhattuk. A beépített termoelemek va-kontantán anyagúak. Méré A méré zakaz által környezetnek dőegyég alatt átadott hőmennyég állandóult állapotban megegyezett a bevezetett fűté teljeítménnyel (P). Ez a hőmennyég hőátadá é ugárzá útján jutott a környezetbe, vagy P = Q hőátadá + Q ugárzá. A ugárzáal kbocájtott Stefan- T k A határoztuk meg, ahol Bolztmann törvény alapján Q ugárzá = ε red C 0 T t ε red = 0,735 a hengerfelület é a környezet redukált feketeég foka, C 0 = 5,67 W fekete tet ugárzá tényezője. A = d π l = 0,0677 m 2 a méré zakaz felülete. A hőátadáal átzármaztatott hőmennyég Q hőátadá = P Q ugárzá Márézt Newton egyenlete alapján Q hőátadá = α A t f t k m 2 K az abzolút
melyből a globál hőátadá tényező α = Q hőátadá A t f t k Ezután meghatároztuk a haonló zámokat Nu = α d λ Gr = g β d3 Δt ν 2 = 9,81 d3 Δt t k + 273 ν 2 A hővezeté tényező (λ), a knematka vzkoztá (ν) valamnt a Prandtl féle zám (Pr) értékét a Műzak hő- é áramlátan c. példatár F.1 függelékéből vettük. A Nu = c Gr Pr n alakú általáno krtérumo egyenletet a c é n állandók meghatározáa céljából írtuk ln Nu = ln c + n ln Gr Pr alakba. A méré é az azokból zámított eredményekre a legkebb négyzetek módzerét alkalmaztuk lngr Pr lnnu lnnu lngr Pr 1 1 1 n 2 2 lngr Pr lngr Pr 1 1 lnnu n lngr Pr 1 1 c exp Itt a méré orzáma, az öze méré pont záma. ΔT = U 0,206 T 0 = 25 = 298 K P U Δt tt Tt Pugárzá Phőátadá α λ Nu ln(nu) ν Gr Pr Gr Pr ln(gr Pr) ln(gr Pr)^2 ln(nu) ln(gr Pr) 5 2,27 9,27 322,27 53,55 6,5 28,26 0,02772 57,09,0 1786733,0,0E-19 0,7096 3,12E-19-2,61 1815,7-172,396068 200 19 92,23 117,23 390,23 89,11 110,89 17,75 0,03261 30,9 3,2 2929781,6 8,58E-19 0,70055 6,01E-19-1,96 1760,27-13,372758 300 38 18,7 209,7 82,7 177,99 122,01 9,77 0,03971 13,77 2,62 36693592,2 7,92E-19 0,6832 5,1E-19-2,06 1769,07-110,306018 101,35 10,08 1,5E-18-126,63 535,08-26,03 n = c = e 126,63 10,08 3 26,03 126,63 2 3 535,08 10,08 1,9291291 126,63 = 1,9291291 3 = e 59,6530852 = 1,23878 10 26 ln(gr Pr) -1,9-2 0,00 1,00 2,00 3,00,00 ln(nr) 5,00-2,1-2,2-2,3-2, -2,5 y = -1,117ln(x) - 0,87-2,6-2,7 Budapet, 2008-11-0 5