Способ определения коэффициента теплоотдачи Советский патент 1983 года по МПК G01N25/18 

1.

4

00

СА: оо

00

4. / Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быт использовано для определения коэффициента теплоотдачи, характеризующего интенсивность конвективного теплообмена между стенками емкости газом, заполняющим емкость. Известен способ теплофизических измерений, при котором газ охлаждаю Путем удаления его из етлкости ij . Однако этот способ не позволяет определять коэффициент теплоотдачи. Наиболее близким к изобретению является способ определения коэффициента теплоотдачи емкости 2 , содержащей газ, путем охлаждения газа достижения стабилизированного значе ния температуры охлажденного газа, измерения установивмейся разности температур стенок емкости и газа и расчета коэффициента теплоотдачи. Охлаждение газа в емкости производят с помощью охлаждакадего элемента известной мощности Q. Вьщерживают емкость, в течение времени, необходи мого для стабилизации температуры в емкости. По датчикам измеряют установившееся значение температур стенок ( П) и газа (Тр) и вычисляют их разност-ь ( U.Т Tj. -Tj-) . Рассчитывают коэффициент теплоотдачи по формуле . - - Q :IT Где. oi - средний коэффициент теплоот дачи; S - мощн.ость охлаждаквдего элеме та; F - внутренняя поверхность стенок;ДТ- разность температур между стенками и газом. Недостатком данного способа явля ется его громоздкость, а также ограниченные возможности его применения, так ка« конструкция некоторых емкостей не позволяет разместить внутри емкости охлаждающий элемент. Целью изобретения является упрб .щение способа и расширение его технологических возможностей. . Поставленная дель дос игавжся тем,, что согласно способу определения коэффициента теплоотдачи емкоети, содержащей газ, путем охлаждения газа, достижения стабилизи юван ного значения температуры охл жденн го газа, измерения установившейся зности температур стенок емкости и газа и расчета коэффициента тепло отдачи, охлаждение газа осуществля т удалением его из емкости с постоянной скоростью, одновременно с и мерением установившейся разности т«шератур определяют изменение давления газа в емкости как функцию времени, а коэффициент теплоотдачя. определяют по формуле р-лтл - : -давление газа в емкости, для которого определяется коэффициент теплоотдачи; -объем емкости -площадь внутренней поверхности емкости; время истечения газа от давления Р до Pj ; ,ЬТ-. установившаяся разность температур стенок и газа. Проведенные исследования показали, то при истечении с постоянной скоостью (в проведенных экспериментах оздарались условия истечения со коростью, равной скорости звука) газ емкости начинает охлаждаться,, досигая некоторого стабилизированного значения (Гст) и дальнейшее истечение газа происходит в условиях его изотермического расширения в емкости. При изотермическом истечении работа, затрачиваемая на выталкивание газа из емкости полностью компенсиуется теплом, подвЬдимым от стенок мкости к газу.. , где d et -элементарная работа вытал- i кивания; . , | -элементарное количествотепла, поступившего от ств-; нок емкости к газу; Для изотермического процесса р&сширения газа элементарная работа выталкивания определяется по формуле , . (4) где V - объем емкости; Р - давление- газав емкости. Элементарное количество тепла, подводимое от стенок к газу за : время di может быть, выражено с ломоадью Коэффициента теплоотдачи { dQ F-AT-il-dt, 5J. где F - площадь теплообмена (площадв внутренней поверхности ем- костя) t ,: : . . , : . ;,. ДТ - разность между температурой стенок и газом; . ct - средний коэффициент теплоот - дачи. . / .. ,,;/,... „ Приравнивая правые части (4 и (5) , пояуча&л - if. /йл . - :ЕтК. для условий критического истечения имеея. . VdP -WPdt, . (7) где|УК«сопз.1 - объемная скорость истечения газа Решая уравнение (7.) , получает tnl.e..

Подставляя из (8) и (7) из (7) в (6), окончательно имеем

- PV „ и Р

. .

На фиг.И изображено устройство для реалиэац ии предлагаемого способа на фиг. 2, 3 и 4 : графикой изменение температуры газка в алкминиевой емкости объемом 110 л при откачке газа через, дроссели различного сопротивления .

EfococTb 1 содержит датчик 2 температуры, манометр 3 и соед1 ена через дроссель 4 и вентиль 5 с насосом б.

Способ реализуется следующим образом.

Датчиком 2 измеряют начальную тетлпературу Тд газа (равную температуре стенок в емкости 1, открывают вентиль 5 и насосом 6 начинают откачивать газ из емкости -через манометр 3/ обеспечивающий критический перепад давлений (постоянную скорость истечения, равную скорости звука.

Черезнекоторое время (определяется эмпирически), необходимое для . стабилизации температуры газа в емкости, начинают отсчет времени от уровня давления Р , фиксируемого манометром 3. измеряют время истечения газа от уровня давления Р до уровня РЙ. Датчиком 2 измеряют стабилизироваиное значение температуры таза т. . - .-.

определяют разность темпера тур , ьТ .

Рассчитывают коэФФшшент теплоотд чи по (2). , .

В пр иерах на фиг. 2, 3 и 4 иэмерялось время истеченияяга за от давления 600 до 400мм рт.ст.

Измерение осуществляют в следующе последовательности.

Предварительно определяется зависимость температуры газа в емкости О давления.

На основе полученной зависимости определяют уровень давления Р , при котором температура газа в ёмкос-ти практически стабилизируется (на фиг.2 этот уровень со.ответстнует 650 ммрт.ст. ;на фиг,3 б90ммpт.cт.. на фиг. 4 - 710 мм рт. ст.). . атем емкость заполняют до атмосфера ного давления и снова начинают откачивать. -При достижении уровня давления Р 600 мм рт.ст. включают секундомер; при достижении уровня давления Р 400 мм рт.ст. секундомер выключают.

Время истечения t на фиг.2 равно , 198 с; на фиг.З -457 л на фиг.4 - - 790 с. Разность температур а Т на д . , фиг.2 равна 2, на фиг.З - 1,1,С; на фиг.4 - 0,6С.; . :

/. .

По полученным данным .в соответствии с фогянулой (2) определяется значе.Н11в коэффициента теплоотдачи. Переменными величинами при расчете 0 являются t и лТ , поэтому можно сравнить полученные величины по произведению bT-t.

Для случая на фиг.2 это произвепен е равно 495,.0 град.с; на ,фиг.33502,6 град, с.; на фиг.4 474,Отрад, с.

Отличие полученных значений коэф-г фициента теплоотдачи определяется точностью измерения температуры, -, которая в проведенных экспериментах составляет t 0,05°. .

Предлагаемый способ надежен и прост в осуществлении.

Полученные значения коэффициентов теплоотдача используют для расчета режимов термической стабилизации таза в емкостях.

Изобретение улучшает технологические процессы, связанные с интенсивным теплообменом, в химической, авиационной и других прсялышленвостях.

600

.5

ffff ff& .ciS

fffff I

:1--.

28,9 --

700 Ш У У «W flfffffflxef

фуг: 2

ЛГ.-Г.Г

fpi/г.

ti 7ffffcf/e

flf/fffjorfrj

I-

.4