Способ определения коэффициента конвективного теплообмена Советский патент 1984 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для определения коэффициента конвективного теплообмена (теплоотдачи) между потоком теплоносителя и поверхностью. Известен способ ClJ определения коэффициента теплоотдачи методом стационарного теплового потока, сог ласно которому теплообменную поверх ность заданной формы и размеров помащают в канал, где создают течение теплоносителя и измеряют температур теплоносителя i , температуру повер ности tcT I удельные тепловые потоки , скорость W . Физические свойства теплоносителя: плотностьр , вязкост jU, теплопроводность Л, теплоемкость Ср определяют в отдельном-эксперименте. Результаты обрабатываются согласно теории подобия по зависимостии. (Р Ж/Рст)- 1) где dL IА - число Пуссельта; Р Г|иСр/Я - число Прандля; V число Рейнольдса; С - константа; т,hip - показатели степени; oi - интенсивность теплоот дачи поверхности; - кинематическая вязкос теплоносителя; - определяющий размер; Ж - .параметры определения при температуре тепло носителя; ст - то же, при температур стенки. Из зависимости (1) вычисляют искомую величину коэффициента теплоот дачи -.,. ,, ,Р ,жрч(рж/р ст; Недостатком известного способа является то, что величины Сит, полученньйе в эксперименте, справедЛИВЫ только для узких интервалов изменений геометрических размеров и peжигvtoв течений, а в обобщенном виде и при сложных поверхностях представляются тоже степенными функ циями от конструктивных параметров теплообменных поверхностей. Наиболее близким к предлагаемому является способ 2 определения коэффициента теплоотдачи в безгради ентных течениях, заключающиеся в из мерении скорости и температуры тепл ,носителя, температуры стенки с последукяцим расчетом коэффициента теплоотдачи по критериальным уравнениям вида Nu/) ,(3) где No - число Нуссельта, безразмерный коэффициент теплоотдачи;е - коэффициент гидравлического сопротивления , Уравнение (3) справедливо когда число Рг - 1, профили скорости и температуры подобны. При более сложных течениях и Рт 1 предложены другие зависимости, в частности (рД) где b - величина, учитывающая условную толщину вязкого подслоя, находится в пределах Ъ 3-12,7. Недостатком известного способа является то, что в приведенном виде зависимостей (3 и 4) гидродинамической аналогии не учитывается переменность теплофизических свойств теплоносителя. Кроме того, известный способ неприемлем при градиентных течениях, которые имеют место, например, в пучках труб с поперечным обтеканием и других поверхностях сложного профиля. Большое различие значений величины Ъ(Ъ 3-12,7) затрудняет применение формулы в практических расчетах. Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых параметр&в за счет определения коэффициента конвективного теплообмена в градиентных течениях с переменными теплофизическими свойствами. Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения коэффициента конвективного теплообмена поверхности заключающемуся в измерении скорости и температуры теплоносителя, температуры поверхности, дополнительно измеряют перепад давления, за счет гидравлического сопротивления теплообменной поверхности, а коэффициент конвективного теплообмена определяют по формуле V-( Чpw.ш/pcтVj - определяющий геометрический размер, м; W - скорость теплоносителя,м/с; 4р - перепад давлений, отнесенный к одному ряду пучка, или калибру, Па; р - плотность, V - кинематическая вязкость, ; h - показатель степени; ж и ст - параметры определения при температуре потока и при температуре поверхности соответственно, При этом, как показали результа ты анализа и обобщение эксперимен тальных данных, наиболее эффектив режимные теплоотдачи для различных поверхностей могут быть обобщены зависимостью . ,где величины В и ( приведены в таб лице. 10 -10 lO-lO 0,124 0,2 10 0,0124 0,2 Путем сопоставления величины А, определенной в эксперименте, с А может быть проведена оптимизация п верхности в плане определения уело ВИЙ осуществления теплосъема с мак симальным коэффициентом конвективного теплообмена. На фиг. 1 приведена схема опред Ленин коэффициента теплообмена; на фиг. 2 - график зависимости А ( .jj ) ; на фиг. 3 - график зависимости () . График на фиг. 2 характеризует интенсивность теплообмена в зависимости от величины мощности, затрачи Баемой на движение теплоносителя. На этом графике представлены характеристики разных поверхностей: пучков гладких, оребренных, шероховатых труб при поперечном обтекании, Пластинчатых поверхностей волнистого профиля, типа конфузор-диффузор, ребристых, перфорированных и др. На фиг. 3 приведены графики зависимости для некоторых жидких и газовых теплоносителей: 1 - вода, 2 - масло, 3 - воздух, азот при давлении 0,09 МОа. Величина соответствует произведе нию при показателе степени п 0,36. Для определения величины коэффи циента интенсивности теплообмена необходимы измеренные параметры: i, W , Др , е. Температура поверхйос ти i требуется для расчета поправ ки на изменение теплофизических свойств теплоносителя в зависимости от температуры. При этих величинах температуры определяют р и i , входя щие в выражение Aj, а значение пока зателя степени принимается равным ,14. Определение d в однофазном потоке начинают с составления из известных величин комплекса WdpfVf;, и Re|, где число Эйлера а также произведения f , где величины f и V. определяют при средней температуре потока теплоносителя. По графику зависимости A (WupEVf.V5) (фиг. 2) находят величину А,и по графику ( (фиг. 3) находят величину Ag. Подставляя найденные значения в выражение (5) и введя характерный размер 1/е и поправку AJ находят искомую величину d. Это предварительный расчет. Когда теплообменные поверхности выбраны, производят их экспериментальное исследование и доводку конструктивных параметров. Полученные в эксперименте величины А сопоставляют с расчетными выражению (б) для эталонных поверхностей. При этом уменьшают до минимума дополнитель ые, несвязанные С интенсификацией конвективного теплообмена, гидравлические сопротивления, устанавливают диапазон режимов эффективной работы теплообменника путем сравнения данных эксперимента и расчета, а также оценки отклонений из выражения 1 ,85. Данный способ основан на опытном обобщении многочисленных измерений интенсивности теплоотдачи разных теплообменных поверхностей и теплофизических свойств теплоносителей. В результате обобщений получена зависимость (6), которая и является эталоном для сравнения. Зависимость A2-f ( i ) обобщает теплофизические свойства теплоносителей. Эта зависимость позволяет аппроксимировать теплофизические свойства газовых теплоносителей пряМЕлми линиями. То же получается для газов при разных давлениях. Предлагаемый способ позволяет оценить эффективность теплообменника в потоках при заданных характеристиках насоса и физических свойствах теплоносителя, а также вновь создаваемых теплообменных поверхностей до проведения экспериментов. Использование данного спосооа позволяет также выделить эталонные зависимости и для других групп поверхностей, например пучков труб при продольном обтекании и др. Линии таких зависимостей будут располагаться несколько ниже по отношению (6). Наличие предельных эталонных зависимостей обеспечит возможность стандартизации теплообменных оверхностей. Каждая работающая поерхность должна иметь коэффициент теплообмена не ниже установленных ределов отклонений от эталона.

Неладные, измеренные белачыны

т ет . .t

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА поверхности, заключающийся в измерении скорости и температуры теплоносителя, температуры поверхности, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых параметров за счет определения коэффициента конвективного теплообмена в градиентных течениях с переменными теплофизическими свойствгиш, дополнительно измеряют перепад давления за счет гидравлического сопротивления теплообменной поверхности, а коэффициент конвективного теплообмена определяют по формуле Л,,, где fJuptА,- .V 2 ЧЯжО(fж /pcrVer) 6 - определяющий геометрический размер, м; W - скорость теплоносителя, м/с; 4р - перепад давлений, отнесенный к одному ряду пучка или калибру. Па; Р - плотность, кинематическая вязкость, м Vc; п - показатель степени; и ст - параметры определения 00 при температуре потока и при температуре поверх 00 ности соответственно.

lV4pfV/ V/

SL

1 «

/

ttlPcm cm

/

/tVApl3

j-YAV / W