Вимушена конвекція – дослідження регулярного теплового режиму в різних шарах по висоті рідини

Abstract

Досліджено темп охолодження/нагрівання рідин окремо для п’яти термопар, розташованих на різній висоті експериментального зонду. Дослідження проведено на експериментальному стенді в системі «навколишнє середовище І —тіло ІІ», де «навколишнє середовище І» — вода, а «тіло ІІ» — досліджуване рідинне середовище в тонкій металевій циліндричній оболонці в умовах вимушеної конвекції. Регулярний режим охолодження/нагрівання об'єкта характеризується зміною температурного поля з часом, що описується експоненціальною залежністю, при цьому відносна швидкість охолодження t всіх точок тіла залишається постійною величиною, незалежною від координат і часу. Теорія регулярного теплового режиму знайшла широке застосування для виконання багатьох практичних завдань: для визначення темпу охолодження/нагрівання тіла, для дослідження теплофізичних властивостей матеріалів, коефіцієнтів тепловіддачі та випромінювання, теплового опору тощо. Перевагами цього методу є те, що конструкція приладу і техніка проведення експерименту проста, точність отриманих результатів досить висока, а час експерименту невеликий. Нестаціонарна теплопровідність відповідає несталому в часі тепловому режиму, створюваному тією чи іншою тепловою дією на тіло або середовище. Нестаціонарна теплопровідність характеризується тим, що температура змінюється не тільки від точки до точки, але і в часі. Нестаціонарна теплопровідність має місце у разі нагрівання або охолодження тіл, а також під час пуску або зупинки теплообмінних пристроїв, енергетичних агрегатів та ін. Показані експериментальні результати дослідження темпу охолодження/нагрівання рідин окремо для п’яти термопар, розташованих на різній висоті експериментального зонду, за умов вимушеної конвекції.

The rate of cooling (heating) of experimental liquids was studied separately for five thermocouples located at different heights of the experimental probe. Research has been carried out on an experimental stand in the system “environment I — body II”, where “environment I” is water, and “body II” is the investigated liquid medium in a thin metal cylindrical shell under conditions of free convection. The regular mode of cooling (heating) of the object is characterized by a change in the temperature field over time, which is described by an exponential dependence, while the relative cooling rate t of all points of the body remains a con-stant value, independent of coordinates and time. The theory of a regular thermal regime has been widely used to solve many practical problems: to determine the rate of cooling (heating) of a body, to study the thermophysical properties of materials, heat transfer and radiation coefficients, thermal resistance, etc. The advantages of this method are that the design of the device and the technique of conducting the experiment are simple, the accuracy of the obtained results is quite high, and the time of the experiment is short. Non-stationary thermal conductivity corresponds to a thermal regime unstable in time, created by this or that thermal ac-tion on the body or environment. Non-stationary thermal conductivity is characterized by the fact that the temperature changes not only from point to point, but also over time. Non-stationary thermal conductivity occurs during heating or cooling of bodies, as well as when starting or stopping heat exchange devices, power units, etc. The experimental results are presented on the study of the rate of cooling (heating) of experimental liquids separately for five thermocouples located at different heights of the experimental probe under conditions of forced convection.