Способ определения составляющих теплового потока и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01K17/02 

« Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для определения составляющих теплового потока к поверхности в ус ловиях сложного радиационно-конвек- тивного или кондуктивно-конвективКого теплообмена, а также при наличии фазового перехода на поверхности теплообмена. Цель изобретения - расширение ди апазона исследований путем обеспечения возможности проведения измерений при радиационно-конвективном теплообмене, а также при наличии фа зового перехода на обтекаемой повер ности. На фиг.1 приведена схема устройства для реализации способа, когда фазовый переход происходит на поверхности жидкости; на фиг.2 - диаграмма, рассчитанная для системы вода - воздух, В кювете 1 с жидкостью помещено пористое тело 2, Резервуар с жид-: костью 3 расположен последовательно с расходомером 4 и соединен Q ним и с кюветой трубопроводом. Термопара 5 контактирует с поверхность пористого тела 2, термопара 6 разме щена непосредственно в газовом пото ке на за,данном расстоянии тепловоспринимающей поверхности. Обе термопары соединены с блоком 7 регистрации. Устройство для определения составляющих теплового потока работает следующим образом. При обтекании поверхности пористого тела 2 потоком таза происходит испарение жидкости и охлаждение поверхности до температуры адиабатического испарения. Расход испарившейся жидкости компенсируется подачей ее из резервуара 3 через расходомерное устройство 4. Подача жид-кости происходит за счет капиллярных сил благодаря наличию пористого тела. Такая организация подвода жид кости с тепловосцринимающей поверх ности обеспечивает постоянство толшяны испаряющейся пленки жидкости и высокую точность измерения ее расхода. При наличии неконвективного источника тепла q. температура по-верхности жидкости возрастает (фиг.2). Уровень температуры поверх ности с фазовым переходом связан со отношением между тепловыми потоками 88 неконвективным q и суммарным q, и не зависит от условий обтекания поверхности. Измерив температуры Т и Т,.- по диаграмме фиг. 2 или по формулам, определяют отношение IjMjПо показаниям расходомерного устройства, измеряют поток испарившейся жидкости j, G/S (где G j показание расходомераj S м площадь поверхности, с которой происходит испарение). Далее находят суммарньй тепловой поток qj j г (где; г - теплота фазового перехода), затем qj j(, . , и из баланса тепла настенке - конвективную составляющую q qj - qл. Если действие конвективного теплового потока q, возникающего при t обтекании газом поверхности, на которой происходит фазопьй переход, например испарение, .сопровождается воздействием на нее теплового потока другой природы q. (кондуктивный или иной), то уравнение баланса тепла на тепловоспринимающей поверхности можно записать- как. Чк + Ч VT , «Чм-с вещества на стенке, например поток испарившейся иди сконденсировавшейся жидкости; г -- - теплота фазового пересуммарный тепловой поток. Поскольку процессы переноса тепла и вещества аналогичны, то тепло-вые потоки ({к и q 5 . характеризующие конвективный теплообмен и массообмен7 одинаковым образом зависят от гидродинамических условий, , от условий обтекания поверхности на которой происходит фазовый переход, их отношение не за.:висит от этих условий. Поэтому от:в:ошение (1) Si IJ % не зависит от особенностей обтекания поверхности и определяется теплофизическими свойствами системы испаряющая жидкость - газ и граничными условиями. Если расписать вьфажение (1) с учетом баланса вещества на

испаряющейся поверхности, получают

ui- i т- . ifijlici /24 K-K L - число Льиса-Семенова, известное для выбранной системы, число близкое к единице;

п - показатель степени, слабо зависящий от режима обтекания (п 0,6 для турбулентного режима и п 0,66 для ламинарного); К и Ко - весовые концентрации испаряющегося вещества на поверхности с фазовым переходом в ядре потока;

io -ICT разность энтальпий в ядре потока и на испаряющейся поверхности

i, tcp к„+(1-к,) % ; (3)

io lCpnCI-K«)+CpoKc,.T, ,

г Дж 1

где Ср„ и Сйо -J - теплоем« рп ро L кг градкости пара и газа;

Тд и Т к - температуры в ядре потока и на стенке.

Учитывая выражение (3), очевидно что отнощение (2) определяется лишь .величинами в ядре потока К и Т на стенке Т и , причем Т(.| и К,связаны между собой условием на линии насьпцения.

Для определения безразмерных отнощений ,/Ч 4«;/qj достаточно определить TO, Ко и TCT . Если измерен поток вещества j , то определяется q jj: г и величина составляющих

S J« I -f Предлагаемый способ определения

составляющих теплового потока применим для исследованийJ например, процессов- сушки, сублимации, когда поверхность теплообмена находится, как правило, в условиях совместного действия тепловых потоков различной природы.

884

Применение этого способа наиболее эффективно в объектах, имеющих поверхности с фазовым переходом. В . этих условиях теплообмен на участке, вьщеленном в качестве тепловоспринимающей поверхности, адекватно отра-жает состояние процесса, не внося 1 искажений.

Формула изобретения

1. Способ определения составляющих теплового потока, заключающийся, в измерении суммарного потока к .поверхности теплообмена с последующим разделением его на составляющие, о тличающийся тем, что, с целью расширения диапазона исследований, при измерениях на поверхности теплообмена осуществляют фазовый переход вещества, определяют его Jмассовый поток, измеряют температу- ру поверхности теплообмена и над ней и по результатам измерений вычисляют

энтальпию газового потока, по которой рассчитывают величины составляющих теплового потока.

2. Устройство для определения сО«ч ставляющих теплового потока, содержащее измерительный участок поверхности теплообмена и две термопары, отличающе. еся тем, что, с целью расширения диапазона иссле- дований, в него введены кювета, сообщенная через расходомер с резервуаром с жидкостью, и блок регистрации, связанный с выходами расходомера и обеих термопар, одна из которых расположена на поверхности теплообмена, а другая,на заданном расстоянии от нее, при- этом измерительный учас. ток поверхности теплообмена выполнен из пористого материала и размещен в кювете с жидкостью.

г1 1к

Tj

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет расширить диапазон исследований. Охлаждение поверхности пористого тела 2 происходит при испарении жидкости из него, компенсируемом подачей жидкости из резервуара 3 через расходомерное устройство 4, обеспечивающей постоянство толщины испаряющейся пленки. Измерив температуру в ядре потока и на стенке, определяют отношение неконвективного и суммарё ного тепловых потоков термопарами 5 и 6 . Вьиисляют энтальпию газо(Я вого потока, по кот.орой рассчитывают величины составляющих теплово, го потока. 2 с.п.ф-лы, 2 ил. ю -vl о ел 00 00

0,2

04

G6

0.8

го 4-0 60

,То--20С

иг.2

0.8

0,S

0,

To-WC

0.2

-0.2

-0,

0,6