Способ комплексного определения эффективных коэффициентов аксиальной теплопроводности и теплоотдачи плотного фильтруемого слоя и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01N25/18 

V1

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для комплексного экспериментального определения в одном опыте эффективных коэффициентов теплопереноса (аксиальной теплопроводности и теплоотдачи) газового и твердого компонентов слоя, через который фильтруется газ (жидкость). Коэффициенты необходимы при расчетах тецлопереноса в дисперсных системах типа плотный фильтруемый слой. Такие системы .широко применяются в контактных химических реакторах, установках- энерготехнологической переработки топлив, высокотемпературных газоохлаждаемых реакторах, аппаратах для сушки, термообработки разнообразных сыпучих материалов. Они перспективны также для ка- талитических генераторов тепла, аккумуляторов тепловой и солнечной энергии.

Целью изобретения является расширение информативности и сокращение времени измерений за счет раздельног определения из одного опыта эффективных коэффициентов теплопереноса:.

На чертеже приведена схема устройства.

Пример. В корпус устройства на газораспределительную решетку засыпают слой частиц, обеспечивая равномерную структуру и порозность слоя по сечению.

С помощью системы подачи газа создают одномерный поток газа через сло устанавливая расход, обеспечив аюпщй необходимую скорость.фильтрации (с

учетом условия R. 50, т.е. „,

и

Va

).

Создают одномерный аксиальньш тепловой поток в выходном сечении слоя, подавая теплоноситель с известной температурой в торцовый теплообменник, при этом, если действующие в слое внутренние источники положительны, то с помощью торцового теплооб

менника обеспечивают отвод тепла., ее- 50 оси слоя в различных сечениях по вы-ли внутренние источники отрицательны, подвод тепла, кроме того, .обеспечивают равномерность температуры стенки торцового теплообменника, осуществляя в нем испарение или конденсацию теплоносителя.

После наступления стационарного теплового режима 4-5 раз- измеряют

0

температуру газа и частиц в различных сечениях по высоте слоя, температуру стенки торцового теплообмен, ника в нескольких точках, расход газа, мощность внутренних источников (стоков) тепла в слое.

Измерение температуры газа и частиц сравнивают с рассчитанными по

0 формулам при различных значениях коэффициентов акксиальной теплопроводности газового и твердого компонентов .ax теплоотдачи , . В качестве достоверных

5

0

5

принимают такие значения искомых коэффициентов, при которых расчетные температуры отличаются от измеренных не более чем на 3%.

Устройство содержит заполненный плотным слоем частиц корпус 1 с теплоизолированной боковой поверхностью, газораспределительную решетку 2, систему 3 подачи и регулирова- ния расхода газа (воздуха), торцовый

5 теплообменник 4, термопары 5, 6 и для измерения локальных температур воздуха, частиц и стенки торцового теплообменника соответственно, расходомер 8, систему 9 измерения мощности внутренних источников тепла. Газораспределительная решетка представляет собой перфорированную пластину живым сечением 80%, служит опорой для исследуемого слоя частиц и обеспечивает распределение воздуха, подаваемого в слой. Торцовый теплообменник снабжен сквозными трубами для отвода . воздуха, межтрубное пространство подключено к системе подачи холодного

0 теплоносителя (на схеме не показана). Горячие спаи термопар, измеряющих температуру газа, расположены в межзерновом пространстве и снабжены экранами 10, предназначенными для умень-. шения погрешности за счет излучения частиц. Горячие спай термопар, изме- ряюшдх температуру частиц, зачеканены в частицы на расстоянии 1,5 мм от поверхности. Термопары размещены на

5

соте. В нескольких сечениях термопары установлены на различных расстояниях от оси с целью проверки равномерности распределения температур. Через переключатель с общим холодным спаем 11 термопары подключены к цифровому вольтметру 12. Электрический ток подается в слой от сети через автотран31330526

сформатор 13 и стабилизатор 14 напря-вом потоке, включающий измерения ложения с помощью пластинчатых перфо-кальных температур стенки и газа и

рированных электродов 15, расположен-расхода газа с последующим вычисленых во входном и выходном сечениях. ,нием по получеиньм данным искомых

Сквозные трубы торцового теплообмен-коэффициентов путем сравнения изменика размещены равномерно с шагомренных температур с расчетными, о т 1,6 калибров частиц, диаметр труб сое-лич. ающийся тем, что, с

тавляет 3 калибра частиц, а суммарноецелью распшрения информативности и

живое сечение труб - 75% площади по- Юобласти применения способа за счет

деречного сечения теплообменника.раздельного определения из одного опыУстройство работает следующим об-та эффективных коэффициентов аксиразом.альной теплопроводности и теплоотдачи

Корпус 1 равномерно заполняютгазового и твердого компонентов слоя исследуемыми частицами, включают 15с равномерно распределенными внутрен- вентилятор 3, устанавливают с помо-„„ми источниками тепла, дополнительно щью щибера необходимый расход воздухаизмеряют их мощность и локальные тем- через слой. От системы подвода тепло-пературы частиц, а искомые коэффици- носитель подают в межтрубное про-енты теплопередачи вычисляют из усло- странство торцовогог теплообменника 4, joвия совпадения измеренных температур обеспечив заданные температуру и рассчитанными по формулам расход. Подключают слой к электросети, устанавливают параметры тока, j- j +j( +к е +К +-- х обеспечивакицие необходимое тепловы- i з 4 ас деление в слое.Воздух, проходящий 25d Р,ч через слой, отводит часть тепла, вы- т i i з деляющегося в слое , и удаляется в атмосферу через сквозные трубы торцо-+ К Р + -- вого теплообменника 4. Часть тепла, 4 v ас выделяемого в слое, отводят от вы- зо ходного сечения слоя через поверхность торцового теплообменника тепло- т п,, v - ---- - 5jlJ-o .

1дек, LpT „с -г

носителем,протекающим в межтрубное

пространство. В результате в слое+ ( . создается одномерный тепловой поток

и формируется одномерное температур- СРг Рз м ) L. ное поле. Через определенное время

после начала работы устройства уста-j . Кц -PjL

навливают стационарный тепловой ре-. i 2 z Z жим. При стационарном режиме измеря- оКм (Р -Р -Р Н

ют локальные температуры частиц, га- Kj - + -- е+

за и стенки торцового теплообменника, j (р

расход воздуха, мощность внутренних 2 источников тепла (мощность тока, протекающего через слой). 45 К ---е - --- Измеренные в центре слоя темпера- t Z Z

туры сопоставляют с рассчитанными по ± ( . формулам и из условия их совпадения

с заданной точностью находят искомые . j EiiL.. Y. -- -ii. коэффициенты теплопереноса компонен- п i

ТОВ слоя.„ bd Ргг- Pjj

ас р Формулаизобретения

К В 4.i1---2tPi.-; 1. Способ комплексного определе-

ния эффективных коэффициентов ак- v и Ei.EiJLl l.EtX..

f 4 р р сиальнои теплопроводности и теплоот- г

дачи плотного, фильтруемого слоя час- у ь Ei..Ej.

{б W р р

тиц при одномерном аксиальном тепло-

к - bd, .. асP, ,

К,, -jfB,,; к,, SlLB,;

3, - -|;-Bi4; K,, 2ii. B,;

к Pi P . H ac

К . If PILB .

3 la p

чM

„ bd Ргг- P,j.. acP

Bn B,p,, - P. -Й ГР«- 1);

ас -и

bd

В„ В,Р,-В,2Н (Р„- 1); BU В,Р,,- В, - ( 1);

)Ь

Z Р„{Р,,- Р,,) 1 - Р (р р ).Г1 1Рг-Р4)И .

44 VI 22 Зг

). -АТ.сп

- - j-LHxki tci.).

к.

ок

Р . , . 5P.-r.J... Р„ . , . SP.:-Ei.

Р,. , . аР,-.РР РЗ , Р - корни кубического уравнения; i,

рз - ар2 - (Ь + с)Р + ас 0; а , к LrLiLL.

; b

Гак

гак

с .. J ai

где аиа - поверхность частиц в единице объема слоя; Ср - теплоемкость; G - массовая скорость газа; L - длина участка; q - объемная производительность внутр1внних источников, t - температура, х - расстояние от входного сечения, об - коэффициент

330526

теплоотдачи, TV эффективная теплопроводность компонента в слое, г - газовый компонент, т - твердый компонент, м. - межкомпонентный, ст - стен- ка, уд - удельный; о - входное сечение j L - выходное сечение, ак - аксиальный.

2. Способ по П.1, отличающийся тем, что измерения прово10 дят при числах Рейнольдса не более 50, мощности внутренних источников тепла не менее 10 Вт/м, при этом локальные температуры частиц и газа измеряют в одних и тех же сечениях

15 слоя, причем у выходного сечения на участке высотой 15-20 калибров частиц, температуры измеряют на расстояниях в 1-2 калибра частиц.

3 Устройство для комплексного оп20 ределения эффективных коэффициентов аксиальной теплопроводности и тепло- .отдачи плотного фильтруемого слоя частиц при одномерном аксиальном тепловом потоке, содержащее корпус с

25 теплоизолированной боковой поверхностью, газораспределительную решетку, систему подачи газа, торцовый . теплообменник со сквозными трубами для отвода газа, термопары для измерения,

30 локальных температур стенки и газа, расходомер для газа, о т л и ч а ю-, щ е е с я тем, что, с целью расширения информативности и области применения устройства за счет раздель35 ного определения из одного опыта эф- фективных коэффициентов аксиальной теплопроводности и теплоотдачи газового и твердого компонентов слоя с равномерно распределенными внутрен40 ними источниками тепла, оно снабжено дополнительно термопарами для измерения температуры частиц, расположенными в тех же сечениях, что и термопары для газа, и системой измерения

45 мощности внутренних источников тепла, соединенной с плотным фильтруемым слоем, в котором зти источники содержатся.

4. Устройство по п.З, отличающееся тем , что сквозные трубы торцового теплообменника размещены равномерно по сечению с шагом 1,3-1,6 калибров частиц, их сечение

55 составляет 70-80% площади выходног о сечения, а отношение их внутреннего диаметра к калибру частиц составляет 2-3.

13305268

5. Устройство по п.З, о т л и ч а - высота слоя - 80-100 калибров частиц.

ю щ е е с я тем, что диаметр слоя составляет 3D-40 калибров частиц.

а живое сечение газораспределительной решетки 80-85%.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к экспериментальному определению эффективных коэффициентов теплопереноса (аксиальной теплопроводности и теплоотдачи) плотного фильтруемого слоя. Целью изобретения является расширение информативности и сокращение времени измерений за счет раздельного определения из одного опыта эффективных коэффициентов теплопереноса. Способ комплексного определения эффективных коэффициентов аксиальной теплопроводности и теплоотдачи плотного фильт. руемого слоя заключается в измерении мощности внутреннних источников тепла, локальных температур стенки торцового теплообменника, расхода газа и температурных полей газового и твердого компонентов при Re :50 с по- . следующим вычислением искомых коэффициентов путем сравнения экспери- .ментальных температурных полей с рассчитанными по формулам. Устройство содержит заполненный слоем частиц корпус с теплоизолированной боковой поверхностью, газораспределительную решетку, систему подачи и регулирования расхода газа, торцовый теплообменник, термопары для измерения локальных температур газа, частиц и стенок торцового теплообменника, расходомер, систему измерения мощности внутренних источников тепла.. Горячие спаи термопар для газа снабжены экранами, все термопары через переключатель с общим холодным спаем подключены к вольтметру. Электрический ток подается в слой от сети через автотрансформатор и стабилизатор с помощью перфорированных электродов. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 1 ил. i W со о ел N9 Од

Редактор Л.Повхан

Составитель В.Терешин Текред А.Кравчук

Заказ 3575/45 Тираж 776 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор А.Зимокосов