ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА Российский патент 2016 года по МПК G09B23/12 

Описание патента на изобретение RU2580230C1

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для исследования процессов, связанных с интенсивным тепломассопереносом в нагреваемом слое жидкости в термосифонах энергонасыщенного авиационного оборудования.

Известна лабораторная установка для изучения тепломассообмена при испарении воды в поток воздуха [RU 64413 U1, МПК G09B 23/16 (2006.01), опубл. 27.06.2007], содержащая корпус в виде трубки, электронагреватель, ваттметр, смесители потока, термопары. Корпус выполнен изогнутым, в вертикальной нижней части установлен электронагреватель. В наклонной верхней части корпуса смонтирован удлиненный опытный участок в виде стеклянной трубки, обернутой с внешней стороны влажной материей. Опытный участок фиксируется в корпусе игольчатыми опорами, имеющими на концах резиновые шарики для предотвращения скольжения. Для удаления излишков воды используется тканевая лента. Смесители потока воздуха выполнены в виде шайб с отверстиями в центре.

С помощью этой установки невозможно исследование процессов испарения или кипения, которые сопровождаются кризисом теплообмена и формированием сухих пятен.

Наиболее близким, принятым за прототип, является лабораторная установка по теплопередаче [RU 2359193 С2, МПК F28D 20/00 (2006.01), опубл. 20.06.2009], содержащая корпус, электронагреватель, патрубки для выхода нагретого воздуха. Вертикальный цилиндрический корпус выполнен из латуни и содержит внутреннюю и наружные трубы, помещенные одна в одну. Внутренняя труба открыта с обеих сторон и содержит установленные в нижней части электронагреватель, присоединенный к находящимся снаружи ваттметру, и ЛАТРу. В верхней и нижней части установлены нижний и верхний смесители воздуха, нижний и верхний патрубки для ввода термопар. Наружная труба открыта в верхней части для входа воздуха, в нижней части имеет коническую форму с выходным патрубком для ввода термопары. Снаружи наружной трубы смонтирован сосуд со льдом и патрубком для слива воды.

Недостатком этой лабораторной установки является сложность ее конструкции, а также невозможность исследования процессов испарения или кипения, которые сопровождаются кризисом теплообмена и формированием сухих пятен.

Задачей изобретения является создание простой конструкции лабораторной установки для исследования процесса испарения и кипения.

Поставленная задача решена за счет того, что лабораторная установка для изучения процессов тепломассопереноса, также как в прототипе, содержит корпус из латуни, внутри которого расположен электронагреватель, термопары.

Согласно изобретению рабочий участок представляет собой прямоугольный корпус, на дно которого поочередно установлены теплоизоляционный материал, электронагреватель в виде плоского нагревательного элемента, подключенный к источнику питания, металлическая пластина и подложка, на которую налита низкокипящая жидкость. На верхней стороне металлической пластины выполнены выемки, в каждой из которых установлена термопара. Симметрично этим термопарам выполнены выемки на нижней стороне металлической пластины, в которых также установлены термопары. Термопара для измерения температуры жидкости погружена в нее. Все термопары через аналого-цифровой преобразователь соединены с персональным компьютером. В верхней части корпуса выполнено отверстие для щупа в виде стальной иглы, закрепленной снаружи на прецизионном устройстве, подключенном к персональному компьютеру. Источник света, диффузор, щит с отверстием, двояковыпуклая коллимирующая линза, прямоугольный корпус, двояковыпуклая конденсирующая линза и видеокамера последовательно расположены на оптической столешнице так, что они размещены на одной оси, проходящей через слой жидкости, налитой на подложку рабочего участка.

Предложенная лабораторная установка позволяет исследовать процессы испарения и кипения. С помощью щупа, закрепленного на прецизионной установке, измеряют толщину слоя жидкости в условиях тепломассообмена с паровой фазой. Посредством видеокамеры, источника света, диффузора, щита с отверстием, двояковыпуклых коллимирующей и конденсирующей линз получают теневое изображение, на котором видны деформационные и волновые процессы на границе раздела двух фаз (жидкой и паровой).

На фиг. 1 представлена принципиальная схема лабораторной установки для изучения процессов тепломассопереноса.

На фиг. 2 представлен общий вид рабочего участка лабораторной установки.

На фиг. 3 представлен видеокадр теневого изображения волнового и деформационного процессов слоя жидкости при ее испарении в паровую фазу.

Лабораторная установка для изучения процессов тепломассопереноса содержит рабочий участок 1 (фиг. 1), который представляет собой прямоугольный корпус 2, выполненный из латуни. На дно корпуса 2 поочередно установлены теплоизоляционный материал 3 (фиг. 2), например минеральная вата, плоский нагревательный элемент 4, металлическая пластина из нержавеющей стали 5 и подложка 6, на которую налита низкокипящая жидкость, например спиртовой раствор. На верхней стороне металлической пластины 5 выполнено три выемки, в каждой из которых установлена термопара 7, симметрично которым выполнены выемки на нижней стороне металлической пластины 5, в которых также установлены термопары 7. Термопара 8 погружена в жидкость, налитую на подложку 6. Плоский нагревательный элемент 4 подключен к источнику питания 9 (ИП) (фиг. 1). Термопары 7 и 8 через аналого-цифровой преобразователь 10 (АЦП) соединены с персональным компьютером 11 (ПК). В верхней части корпуса 2 выполнено отверстие 12 для щупа в виде стальной иглы, закрепленной на прецизионном устройстве 13, подключенном к персональному компьютеру 11 (ПК).

Источник света 14, диффузор 15, щит 16 с отверстием, двояковыпуклая коллимирующая линза 17, корпус 2, двояковыпуклая конденсирующая линза 18 и видеокамера 19 последовательно расположены на одной оси, проходящей через слой жидкости, налитой на подложку 6 рабочего участка.

Прецизионное устройство 13 представляет собой механизм, способный перемещать закрепленный на нем предмет в трех плоскостях. Подложка 6 может быть изготовлена из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например медь, латунь, алюминий.

Лабораторную установку для изучения процессов тепломассопереноса собирают на оптической столешнице, что обеспечивает необходимую точность в настройке оптического оборудования.

При выполнении необходимых исследований на подложке 6 рабочего участка 1 формируют горизонтальный слой жидкости, толщину которого варьируют в зависимости от режимных параметров эксперимента (не более 5 мм). Со стороны подложки 6 с помощью плоского нагревательного элемента 4 равномерно нагревают жидкость, контролируя его мощность посредством источника питания 9 (ИП). При нагреве жидкости происходит ее испарение, и в верхней части рабочего участка 1 образуется паровая фаза. Температуру плоского нагревательного элемента 4 и жидкости измеряют с помощью термопар 7 и 8, сигналы с которых передают через аналогово-цифровой преобразователь 10 (АЦП) на персональный компьютер 11 (ПК). Для измерения и контроля толщины слоя жидкости используют щуп, закрепленный на прецизионном устройстве 13. Положение щупа контролируют посредством прецизионного устройства 13.

Пучок лучей от источника света 14 последовательно проходит через диффузор 15, отверстие в непрозрачном щите 16, двояковыпуклую коллимирующую линзу 17, где, преломляясь, становится параллельным и проходит через слой жидкости. Далее лучи направляются к двояковыпуклой конденсирующей линзе 18, с помощью которой пучок света фокусируется и теневое изображение проецируется на сенсоре цифровой видеокамеры 19. Таким образом, получают теневое изображение волновых и деформационных процессов, происходящих при испарении слоя жидкости в паровую фазу (фиг. 3). По такому теневому изображению судят о геометрических изменениях слоя жидкости в процессе испарения и кипения. Прямые измерения температуры позволяют вычислить коэффициент теплоотдачи подложки.

Похожие патенты RU2580230C1

название год авторы номер документа
СТЕНД ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГОРЕНИЯ И СЖИГАНИЯ ВИТАЮЩЕЙ КАПЛИ ОРГАНОВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА 2016
  • Волков Роман Сергеевич
  • Кузнецов Гений Владимирович
  • Стрижак Павел Александрович
  • Шевырёв Сергей Александрович
RU2631614C1
СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЗАЖИГАНИЯ И ГОРЕНИЯ КАПЛИ ОРГАНОВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА 2015
  • Волков Роман Сергеевич
  • Глушков Дмитрий Олегович
  • Стрижак Павел Александрович
RU2596797C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ СМЕСИ ТВЕРДОГО НИЗКОСОРТНОГО ТОПЛИВА С ГРАНУЛАМИ ГИДРАТА МЕТАНА 2023
  • Стрижак Павел Александрович
  • Шлегель Никита Евгеньевич
  • Школа Мария Валерьевна
RU2815849C1
ПРИБОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ АМПЛИФИКАЦИИ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ 2020
  • Каникевич Дмитрий Владимирович
  • Пауль Станислав Юрьевич
  • Захарченко Павел Александрович
  • Горский Евгений Вячеславович
  • Колесниченко Кирилл Владимирович
RU2757987C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ПОРОШКОВ МЕТАЛЛОВ ИЛИ ИХ СМЕСЕЙ 2018
  • Губарев Федор Александрович
  • Ли Линь
  • Мостовщиков Андрей Владимирович
  • Ильин Александр Петрович
RU2685040C1
МОБИЛЬНАЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ 2021
  • Дарьян Леонид Альбертович
  • Голубев Павел Владиленович
  • Образцов Роман Михайлович
  • Рыбников Дмитрий Алексеевич
  • Зимин Андрей Валерьевич
  • Пилюгин Александр Викторович
  • Акуличев Виталий Олегович
  • Садков Артём Владимирович
RU2776965C1
СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ СИТАЛЛА 2011
  • Бесогонов Валерий Валентинович
  • Тарасов Валерий Васильевич
  • Скворцова Ирина Николаевна
  • Лыс Василий Федорович
RU2463267C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ПОРОШКОВ МЕТАЛЛОВ ИЛИ ИХ СМЕСЕЙ 2021
  • Солдатов Алексей Иванович
  • Солдатов Андрей Алексеевич
  • Костина Мария Алексеевна
  • Мостовщиков Андрей Владимирович
  • Губарев Федор Александрович
RU2756431C1
Способ определения коэффициента трения смазочных материалов 2022
  • Скакун Владимир Владимирович
  • Умеров Эрвин Джеватович
RU2800944C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВАКУУМНОЙ СУШКИ ТЕРМОЛАБИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ 2007
  • Семенов Геннадий Вячеславович
  • Шабетник Григорий Дмитриевич
  • Глухман Владимир Николаевич
  • Буданцев Егор Владимирович
  • Булкин Максим Сергеевич
RU2357166C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 580 230 C1

Реферат патента 2016 года ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для исследования процессов, связанных с интенсивным тепломассопереносом. Лабораторная установка для изучения процессов тепломассопереноса содержит рабочий участок, состоящий из прямоугольного корпуса из латуни, на дно которого поочередно установлены теплоизоляционный материал, электронагреватель в виде плоского нагревательного элемента, подключенный к источнику питания, металлическая пластина и подложка, на которую налита низкокипящая жидкость. На верхней и на нижней стороне металлической пластины симметрично выполнены выемки, в каждой из которых установлена термопара. Термопара для измерения температуры жидкости погружена в нее. Все термопары через аналого-цифровой преобразователь соединены с персональным компьютером. В верхней части корпуса выполнено отверстие для щупа в виде стальной иглы, закрепленной на прецизионном устройстве, подключенном к персональному компьютеру. Источник света, диффузор, щит с отверстием, двояковыпуклая коллимирующая линза, прямоугольный корпус, двояковыпуклая конденсирующая линза и видеокамера последовательно расположены на оптической столешнице так, что они размещены на одной оси, проходящей через слой жидкости, налитой на подложку рабочего участка. Технический результат: позволяет исследовать процессы испарения и кипения. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 580 230 C1

Лабораторная установка для изучения процессов тепломассопереноса, содержащая корпус из латуни, внутри которого расположен электронагреватель, термопары, отличающаяся тем, что рабочий участок представляет собой прямоугольный корпус, на дно которого поочередно установлены теплоизоляционный материал, электронагреватель в виде плоского нагревательного элемента, подключенный к источнику питания, металлическая пластина и подложка, на которую налита низкокипящая жидкость, причем на верхней стороне металлической пластины выполнены выемки, в каждой из которых установлена термопара, симметрично этим термопарам выполнены выемки на нижней стороне металлической пластины, в которых также установлены термопары, термопара для измерения температуры жидкости погружена в нее, все термопары через аналого-цифровой преобразователь соединены с персональным компьютером, при этом в верхней части корпуса выполнено отверстие для щупа в виде стальной иглы, закрепленной на прецизионном устройстве, подключенном к персональному компьютеру, источник света, диффузор, щит с отверстием, двояковыпуклая коллимирующая линза, прямоугольный корпус, двояковыпуклая конденсирующая линза и видеокамера последовательно расположены на оптической столешнице так, что они размещены на одной оси, проходящей через слой жидкости, налитой на подложку рабочего участка.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2580230C1

ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ПО ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ 2006
  • Енютина Тамара Афанасьевна
  • Марченкова Светлана Георгиевна
  • Шалаев Игорь Михайлович
  • Шмидт Владимир Карлович
  • Кухаренко Алексей Евгеньевич
RU2359193C2
RU 64413 U1 27.06.2007
US 2003103548 A1 05.06.2003
US 2011299727 A1 08.12.2011
US 2012120167 A1 17.05.2012
US 4152847 A1 08.05.1979.

RU 2 580 230 C1

Авторы

Кузнецов Гений Владимирович

Орлова Евгения Георгиевна

Феоктистов Дмитрий Владимирович

Даты

2016-04-10Публикация

2015-02-02Подача