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 радиационноконвективного теплообмена электрически нагреваемой горизонтально расположенной алюмелевой проволоки диаметром 0,6 мм в неограниченной воздушной среде.

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 °C и использовалась до температуры накала не более 1000 °C 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+вt) = dt/d = lt/l, не учитывалось, так как при tп = 1000 °C и в = 13,7· 10−6 1/°С оно увеличивало диаметр на 0,008 мм и длину? на 4,1 мм, 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 285 мм, 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 0,01 В и 0,01А, однако, из-за колебаний сетевого напряжения абсолютная погрешность принималась 0,03 В и 0,03А. Затем вычислялись величины Rt и Rt/R0, где R0 = 0,259Ом = const — сопротивление проволоки при 0 °C. 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 °C при tп = (200ч400) °С и уменьшается до 1,5°С при увеличении tп до 1000 °C.

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.