Способ определения эффективной поперечной теплопроводности жидкости в пористой среде Советский патент 1987 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к способам исследования процессов тепломассопе- реноса при движении теплоносителя или раствора в пористой среде, и может быть использовано при разработке новых теплообменников, реакторов в химическом производстве, а также при определении гидродинамических характеристик течения в пористых телах различных структур.

Целью изобретения является повьппе- ние точности и надежности определяемой эффективной поперечной теплопроfO

способом. Разбаланс расходов на выхо де не превышает 1%, что в пределах погрешности их измерений. Измеряется скорость фильтрации жидкости в рабочем канапе 11. Через смесительную камеру 12 в один из потоков жидкости (например, воды) в заданном и тервале времени (например 10 с) по произвольному закону времени вводит известная масса индикатора Мд (например, 2 г черная). Потоки взаимодействуют на участке смешения рабоч го канала, в результате чего часть индикатора Mg переходит в другой по

водности жидкости, используемой в ка- ток, а часть М остается в старом.

Длина 1 участка смешения удовлетворяет условию нестабилизированного

честве теплоносителя, прокачиваемой в пористой среде за счет исключения влияния температурной зависимости жидкости и теплопроводности материала пористой среды на измеряемые в опытах 20 величины.

На фиг. 1 изображен рабочий канал устройства определения коэффициента

массообмена потоков М

Ё1

м„

MI+M

- :0.,5.

Потоки вновь разделяются. Раство ренный в жидкости индикатор собирае ся в сборнике коллектора 13, где и определяются величины М, и М . Например, в коллекторе первого потока находится объем .раствора V, 0,726 л с концентрацией чернил М,1,88 г/л, в коллекторе второго потока Vj 0, 728

эффективной поперечной теплопроводнос25

Потоки вновь разделяются. Раство-- ренный в жидкости индикатор собирается в сборнике коллектора 13, где и определяются величины М, и М . Например, в коллекторе первого потока находится объем .раствора V, 0,726 л с концентрацией чернил М,1,88 г/л, в коллекторе второго потока Vj 0, 728 л.

ти жидкости в пористой среде; на фиг. 2 - измерительная схема устройства.

Рабочий канал (фиг. 1) имеет внешний корпус 1, который изготовлен из 30 N оргстекла и состоит из двух половинок, склеенных между собой эпоксидным клеем. До и после участка смешения канал разделен диафрагмой 2 из латунной Фольги толщиной 0,1 мм, ко- ,. ° избежать погрешностей в измере- торая заделана между половинками внеш- « о возможного разбаланса

,60 г/л. Тогда ViWz

Мг М„

V,N,

0,221.

расходов на входах в рабочий канал, опыт Повторяется введением индикатора в другой поток. Если полученное значение отличается от первого на величину, не превьшающую погрешность измерения, то результат эксперимента считается достоверным.

него корпуса и исключает перетечки жидкости из одного потока в другой. В качестве пористой среды использовались сетчатые вставки 3. Сетки под- 40 жимались с обеих сторон башмачками 4, в которых бьшй Сделаны входные коллекторы 5 и выходные коллекторы 6 для жидкости, после чего зазоры между

внешним корпусом канала и башмачка- 45 ми заполнялись эпоксидным клеем. Для того чтобы клей не попадал в сетчатую вставку, между башмачками и сетчатой вставкой были установлены резиновые прокладки 7, плотно прилегающие к 50 стенкам внешнего корпуса. При открытом вентиле 8 (см. фиг. 2)- с помощью вентилей 9 устанавливают одинаковые расходы жидкости в изотермических потоках, которые контролируются перед 55 входами в рабочий канал с помощью ротаметров Ю и равны, согласно показаниям ротаметрбв, на выходах из канала, где контроль ведется объемным

способом. Разбаланс расходов на выходе не превышает 1%, что в пределах погрешности их измерений. Измеряется скорость фильтрации жидкости в рабочем канапе 11. Через смесительную камеру 12 в один из потоков жидкости (например, воды) в заданном интервале времени (например 10 с) по произвольному закону времени вводится известная масса индикатора Мд (например, 2 г черная). Потоки взаимодействуют на участке смешения рабочего канала, в результате чего часть индикатора Mg переходит в другой поток, а часть М остается в старом.

массообмена потоков М

Ё1

м„

MI+M

- :0.,5.

Потоки вновь разделяются. Раство-- ренный в жидкости индикатор собирается в сборнике коллектора 13, где и определяются величины М, и М . Например, в коллекторе первого потока находится объем .раствора V, 0,726 л с концентрацией чернил М,1,88 г/л, в коллекторе второго потока Vj 0, 728 л.

N ° избежать погрешностей в измере- « о возможного разбаланса

,60 г/л. Тогда ViWz

Мг М„

V,N,

0,221.

N ° избежать погрешностей в измере « о возможного разбаланс

расходов на входах в рабочий канал, опыт Повторяется введением индикатора в другой поток. Если полученное значение отличается от первого на величину, не превьшающую погрешность измерения, то результат эксперимента считается достоверным.

Учитывая, что процессы тепло- и массопереноса в смешивающихся потока подобны, и принимая диффузионньш механизм переноса тепла и массы при смешении, получают расчетное соотношение для эффективной поперечной теплопроводности жидкости Лgj решая, например, двумернз™ задачу о поле концентрации индикатора в зоне смешения

+ 1)2

ill I MO 2 (2n+1) ir4

pCpVcph ;

00

)

- i 0

где h - высота участка смешения потоков; 1 - длина участка смешения; р - плотность жидкости; Сп - теплоемкость жидкости; Vjp - скорость фильтрации. Для описанного вьше экс- перимента V(,15 м/с, р 10 кг/м , ,19 кДж/(кг К). Подставляя величины входящих в расчетную формулу параметров, получим значение эффективной поперечной теплопроводности воды в исследуемой пористой вставке kg 433 Вт/ (М.К). Если обеспечить рав- номерньй ввод индикатора в поток жидкости, создавая в нем концентрацию

Nj), то для определения достаточно 15 что через канал, заполненный пористой

измерять концентрацию растворов N. и Ng на выходах из рабочего канала, так как в этом случае выполняется равенство

средой, в одном направлении с одинаковыми скоростями прокачивают два потока жидкости, указанные потоки смешивают на участке смешения, длина ко- сгорого меньше длины выхода на участок стабилизированного тепломассообмена потоков, вновь разделяют на два потока, измеряют скорость фильтрации на участке смешения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, в смешивающихся потоках создают одинаковые температуры, в один из потоков вводят заданное количество индикатора, указанные потоки смешивают на участке . длиной, которая удовлетворяет условию нестабилизнрованного массообмена потоков

м

2 Мг

М,+М2 NC

Например, при расходах воды в потоках 33,0 г/с а один из них равномерно вводится 0,13 г/с чернил. Скорость фильтрации в рабочем канале равна V;..p 1,32 м/с. Концентрация чернил на выходах из рабочего канала в первом потоке N,1,92 г/л, во втором N2 0,55г/л. No Ni-i-N: 2,47 г/л, 0,222. Эффективная поперечная теплопроводность воды при V(4p 1,32 м/с равна Qv 525 Вт (М.К).

Способ определения коэффициента эффективной .теплопроводности жидкости в пористой среде позволяет повысить точность определения ,за счет того что вместо смешения потоков с различными температурами, смешивают- ся два потока с одинаковьми температурами, вместо измерения температур измеряются концентрации индикатора в потоках жидкости, посредством чего исключается влияние температурной зависимости вязкостных свойств жидкости и теплопроводности материала каркаса на получаемый резальтат. Погрешность измерения эффективной теплопроводности воды составила 20%. Точность может

быть улучшена за счет использования более совершенных приборов измерения концентрации индикатора. Способ прост в реализации и позволяет измерить эффективную поперечную теплопроводность жидкости в пористых средах из высокотеплопроводного материала, в частности, в мелкодисперсных металлических средах.

Формула изобретения

Способ определения эффективной поперечной теплопроводности жидкости в пористой среде, заключающийся в том.

0

5

0

средой, в одном направлении с одинаковыми скоростями прокачивают два потока жидкости, указанные потоки смешивают на участке смешения, длина ко- сгорого меньше длины выхода на участок стабилизированного тепломассообмена потоков, вновь разделяют на два потока, измеряют скорость фильтрации на участке смешения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, в смешивающихся потоках создают одинаковые температуры, в один из потоков вводят заданное количество индикатора, указанные потоки смешивают на участке . длиной, которая удовлетворяет условию нестабилизнрованного массообмена потоков

2

м„

м,

М,-ьМ

0,5,

где Mjj - заданное количество индшсатора;

М, - количество индикатора, оставшееся в первом потоке; Mj, - количество индикатора, перешедшее в другой поток, после разделения на два потока определяют количество индикатора, перешедшее в результате смешения из одного потока в другой, и количество индикатора, оставшееся после смешения в первом потоке, и по этим измеренным количествам вычисляют искомую величину.

iN-Нг

X

{H-H,}

Фиг.1

фиг.г

Изобретение относится к области измерительной техники, к способам исследования процессов тепло- и массо- переноса при движении теплоносителя или раствора в пористых средах и может быть применено в химической и энергетической промышленности. Целью изобретения является повышение точности определения эффективной поперечной теплопроводности жидкости, прокачиваемой в пористой среде, за счет исключения влияния температурной зависимости вязкости жидкости и теплопроводности материала каркаса. Через канал, заполненный пористой средой,в одном направлении с одинаковой ског ростью и температурой прокачивают два потока жидкости. Затем потоки смешивают. Вновь разделяют на два потока, измеряют скорость фильтрации. В один из потоков в заданном интервале времени по произвольному закону времени вводят заданное количество индикатора. А потоки смешивают на участке длиной 1, которая удовлетворяет условию нестабилизированного массообмена потоков , 0,5, где М - количество вещества индикатора, введенное в поток жидкости перед смешением, М,, М - количество вещества индикатора, растворенного в потоках лсидкости за участком смешенил для первого (в который вводили индикатор перед смешением) и второго потоков соответственно, причем М, М, 1 ил. с С со о СлЗ со ю