Pr = 0
,
71
. В данном случае
L
— характерная длина той части стерж-
ня, температура которой за время эксперимента превысила темпера-
туру окружающей среды,
Δ
T
— температурный напор,
D
=
R
−
0
,
5
d
— расстояние от наружной поверхности стержня до стенки камеры
спокойного воздуха.
В процессе нагрева характерная длина
L
постоянно увеличивает-
ся до тех пор, пока температура поверхности стержня, измеряемая
ближайшим к нагревателю датчиком, не достигнет своего максимума.
Для типичных условий эксперимента
L
= 0
,
04
м,
Δ
T
≈
65
K. В этом
случае числа Ra
= 1
,
63
∙
10
5
, Fo
= 20
, что характерно для установив-
шегося ламинарного режима свободной конвекции. Теплоотдача при
ламинарной свободной конвекции имеет максимум при
L/D
= 1
,
5
[9]. При
L/D
→ ∞
и
L/D
→
0
доля конвективной составляющей в
суммарном переносе теплоты будет незначительной. В проведенном
эксперименте
L/D
меняется в пределах
0
. . .
0
,
44
.
В общем случае Nu
=
e
С
∙
Ra
n
∙
L
D
m
. В настоящее время в литера-
туре отсутствуют точные значения коэффициентов
e
С
, n, m
. Согласно
работам [10, 11],
e
С
= 0
,
2
. . .
0
,
28
,
n
= 0
,
16
. . .
0
,
25
,
m
= 0
,
25
. . .
0
,
3
,
следовательно, Nu
= 1
. . .
6
. По теоретическим оценкам значения ко-
эффициента теплоотдачи
α
f
составляют от 1 до 4,3 Вт/(м
2
∙
K).
Для уточнения коэффициента
α
f
был проведен аналогичный экс-
перимент со стержнем близких размеров из кварцевого стекла марки
КВ, теплофизические и оптические свойства которого хорошо изучены
[12]. Кварцевое стекло — полупрозрачный материал, но при температу-
рах менее 600 K вкладом собственного теплового излучения в перенос
теплоты можно пренебречь [12]. При этом коэффициент теплопровод-
ности стекла лежит в пределах от 1 до 1,4 Вт/(м
∙
K), а степень черноты
ε
в инфракрасной области спектра составляет от 0,9 до 0,95. В резуль-
тате обработки экспериментальных данных с помощью программы
решения граничной ОЗТ определено значение коэффициента теплоот-
дачи
α
f
= 1
,
25
±
0
,
5
Вт/(м
2
∙
K).
Методическую погрешность измерений нестационарных темпера-
тур (МПИТ) исследовали методом математического моделирования
температурного состояния боковой стенки стержня с учетом и без
учета датчиков температуры (рис. 4). Считали, что тепловые контакты
между спаем термопары, клеем и поверхностью образца идеальные,
боковая стенка стержня омывается средой с постоянной температурой
T
f
. На торцах заданы граничные условия первого рода
Т
1
(
τ
)
и
Т
2
(
τ
)
.
Вычисления проводили с помощью программы комплекса CAR, реа-
лизующей метод конечных элементов.
Теплофизические и оптические свойства материала датчика темпе-
ратуры и клея приведены в таблице [2, 13]. Согласно данным ВИАМ,
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2008. № 4 85
