1. Атмосферное давление находится с учетом температурного расширения столбика ртути барометра по формуле
, Па.
2. Температурный напор (разность температур струны и окружающей среды) находится по эмпирической формуле в зависимости от удлинения струны
, °С,
где Δl – удлинение струны, мм.
3. Средняя температура струны 
, °С.
4. Мощность теплового потока, выделенная при прохождении электрического тока по струне 
, Вт.
5. Мощность теплового потока через поверхность струны в окружающую среду за счет теплового излучения определяется по закону Стефана-Больцмана
, Вт,
где ε = 0,64...0,76 – степень черноты нихромовой проволоки, С0 = 5,67 – коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2·К4); F – теплоотдающая поверхность струны, равная 2,419·10-3, м2 .
Таким образом, с учетом численных значений параметров
, Вт.
6. Тогда мощность теплового потока через поверхность струны в окружающую среду за счет свободной конвекции 
, Вт.
7. Коэффициент теплоотдачи 
, Вт/(м2·оС).
8. Теплофизические свойства воздуха (окружающей среды), необходимые для расчета критериев подобия, находятся по формулам:
плотность 
, кг/м3; теплоемкость ср = 1006, Дж/(кг·оС),
Коэффициент объемного расширения 
, 1/К.
Коэффициент теплопроводности
λ = 0,000074 ·tопр + 0,0245, Вт/(м·град).
Коэффициент кинематической вязкости
ν = (0,000089 ·tопр2 + 0,088 ·tопр + 13,886)·10-6, м2/c.
Коэффициент температуропроводности 
, м2/c.
9. Критерий Нуссельта 
.
10. Критерий Грасгофа 
.
11. Критерий Прандтля 
.
12. Результаты расчетов заносятся в сводную табл. 2.
13. По результатам расчетов построить в соответствующем масштабе и логарифмических координатах график зависимости критерия Nu от произведения (Gr·Pr)
.
14. Характер зависимости представить в виде прямой линии. Решив уравнение прямой линии, получить уравнение (2) в явном виде.
Таблица 2
| № п/п | Расчетная величина | Обозна- чение | Единицы измерения | Номера опытов | ||||||
| Температурный напор (разность температур струны и окружающей среды) | Δtm | °С | ||||||||
| Средняя температура струны | tcт | °С | ||||||||
| Количество тепла, выделенное электрическим током | Qэ | Вт | ||||||||
| Количество тепла, отданное излучением | Qи | Вт | ||||||||
| Количество тепла, отданное конвекцией | Q | Вт | ||||||||
| Коэффициент теплоотдачи | α | Вт /(м2·град) | ||||||||
| Коэффициент объемного расширения воздуха | β | 1/град | ||||||||
| Теплоемкость воздуха | ср | кДж/(кг·град) | ||||||||
| Коэффициент теплопроводности воздуха | λ | Вт /(м·град) | ||||||||
| Плотность воздуха | ρ | кг/м3 | ||||||||
| Коэффициент температуропроводности воздуха | а | м2/с | ||||||||
| Коэффициент кинематической вязкости воздуха | ν | м2/с | ||||||||
| Критерий Нуссельта | Nu | – | ||||||||
| Критерий Грасгофа | Gr | – | ||||||||
| Критерий Прандтля | Pr | – | ||||||||
| Критериальное уравнение | – | – | ||||||||
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как она достигается.
2. Назовите основные узлы экспериментальной установки и укажите их назначение.
3. Как определяется средняя температура струны в данной установке?
4. Для чего замеряется барометрическое давление в данной работе?
5. Как определяется количество теплоты, отданное струной окружающему воздуху посредством конвекции?
6. Как определяется количество теплоты, отданное струной окружающему воздуху посредством излучения?
7. Что такое свободная и вынужденная конвекция?
8. Какой вид теплообмена называется «теплоотдачей»? Запишите и поясните основной закон теплоотдачи.
9. Каков физический смысл и размерность коэффициента теплоотдачи?
10. Какие факторы определяют интенсивность конвективного теплообмена?
11. Что такое критерий подобия?
12. Что такое «определяющая температура» и «определяющий» размер?
13. Какие критерии называются «определяющими» и «определяемыми»?
14. Для чего и как составляются критериальные уравнения?
15. Как определяется коэффициент теплоотдачи α из критериального уравнения?
16. Что характеризуют критерии Nu, Gr, Рr?
