Способ изготовления моделей из сублимирующих веществ для определения коэффициентов теплоотдачи Советский патент 1989 года по МПК G01N25/00 

Изобретение относится к термометрии, предназначено для определения локальных коэффициентов теплоотдачи в газовых средах объектов сложной формы и может быть использовано в энергетическом машиностроении, холодильной технике, электронной про- мьшшенности и др.

Целью изобретения является повышение точности измерения коэффициентов теплоотдачи объектов сложной формы в газовых средах.

В отличие от известного способа предлагаемый способ обеспечивает

практически 100%-ную однородность порошкообразной массы вещества, что позволяет повысить точность измере.- ния коэффициентов теплоотдачи на моделях, выполненных из такого вещества.

На точность измерения коэффициентов теплоотдачи методом аналогии переноса теплоты и массы путем сублимации вещества в воздухе оказывают влияние ошибки пространственного позиционирования модели, обусловленные снятием и последующей установкой ее на координатном столе профилографа

после ее продувки в воздушном потоке Так как в результате продувки происходит изменение формы и размеров модели вследствие сублимации, то пространственное позиционирование ее, в точности соответствующее положению на координатном столе до продувки, невозможно.

Запрессовка в модель металлической опорной поверхности согласно предлагаемому способу обеспечивает точное м::огократное пространственное позиционирование модели независимо от изменения ее формы и размеров в процессе продувки воздухом, что исключает ошибку позиционирования, влияющего на точность измерения коэффициента теплоотдачи.

На чертеже представлена готовая модель с запрессованной опорной поверхностью.

Предлагаемьй способ осуществляется следующим образом.

Перед началом прессования сублимирующее веществ помещают в открытьй сверку сосуд из материала с малой теплопроводностью, заливают жидким азотом количество которого в 1,3-1,5 раза превышает количество сублимирующего вещества. В процессе механического перемешивания происходит смачивание жидким азотом всего количества сублимирующего вещества, при этом происходит интенсивное испарение азота. В момент полного испарения азота при указанном соотношении компонентов происходит полное превращение вещества в однородную порошковую массу без комкообразных включений.

Полученный порошок засыпают в матрицу требуемой формы, в специальное посадочное место которой предварительно вставляют металлическую опорную поверхность 1. С помощью пуансона путем изобарического прессования получают готовую модель 2, вьдерживая ее под давлением 100- 120 кг/см в течение 3-5 мин. Затем модель вынимают из матрицы.

Описанный способ позволяет получить модели однородной структуры с поверхностью, соответствующей 9 10 классу чистоты, не требующей дальнейшей чистоты обработки.

Бьша проведена серия экспериментов, целью которых являлась проверка точности определения локальных коэффициентов теплоотдачи при осущест

влении измельчения (дробления) суб- лимируюш,егс) вещества (нафталина) предлагаемым способом по сравнению

со способом-прототипом, для чего путем изобарического прессования были изготовлены три нафталиновые призмы размером 12 х12,5 х 2,5 мм каждая. Причем первая призма была

изготовлена из порошка нафталина, подвергавшегося неполному измельчению, механическим путем} вторая из порошка нафталина, подвергавшегося максимально возможному измельчению механическим путем; третья - из порошка нафталина, подвергшегося измельчению по предлагаемому способу.

Степень однородности поверхнос0 тей изготовленных призм определяли алмазной пирамидой при вершине 136 микротвердомером ПМТ-3 в десяти одноименных точках на лобовой грани каждой призмы.

5 Как показали результаты измерений, на первой призме в двух точках твердость равна 285 кг/мм } в трех точках 265 кг/мм ; в одной точке - 280 кг/мм ; в трех точках 268 кг/мм j

0 в одной точке -272 кг/мм.

На второй призме в двух точках твердость равна 378 кг/мм ; в двух точках 274 кг/м№; в трех точках - 268 кг/мм i в одной точке - 270 кг/мм, в одной точке - 272 кг/мм.

На третьей призме во всех измеренных точках твердость практически одинакова и равна 270 кг/мм.

Затем три призмы были продуты потоком воздуха со скоростью 15 м/с в течение 25 мин в аэродинамической трубе открытого типа.

Локальньй массоунос измеряли индикатором часового типа с точностью

о

о,5-10 мм на лобовой грани призмы, ширина которой составляла 12 мм.

Измерение массоуноса производили в точках на лобовых гранях, отстоящих на расстояние 0,4j 1,2j 2,07; 3,6i 5,3j 6,7; 8,4i 9,7 и 10,8 мм от левой боковой грани призмы по потоку воздуха.

Жидкий азот выбран в качестве второго компонента потому, что при перемешивании при низкой температуре (t -196 С) практически отсутствует процесс сублима1ши веществ, свяаан- ньш с вьщелением и образованием ядовитых и легкопоспламеняющихся паров

5

0

5

0

сублимирующих веществ, жидкий азот обладает рядом преимуществ по сравнению с другими ожиженными газаг, например по сравнению с СО 2 имеет более низкую температуру кипения ( 3 раза), обеспечивающую более высокую степень хрупкости широкого спера сублимирующих веществ (нафтол, . нафталин, нафтохонон и др.), обладает химической и биологической инертностью, безопасностью для работающего персонала, а по сравнению с жидким водородом имеет стабильную температуру в жидком состоянии (тем пература жидкого водорода претерпевает значительные колебания, что отрицательно сказывается на процессе измельчения), обладает химической и биологической инертностью, безопасностью для работающего персонала.

При растворении сублимирующих веществ в бензоле, этиловом эфире, хлороформе и др. органических растворителях происходит интенсивный процесс сублимации веществ, а после полного испарения органических растворителей сублимирующее вещество представляет собой застывшую (твердую) массу, которая опять требует измельчения.

С физической точки зрения жидкий азот воздействует на сублимирующее вещество как холодильный агент, охлаждая и замораживая его до температуры , при которой сублимирующее вещество .становится весьма хрупким. При перемешивании сублимирующего вещества в среде жидкого азота (по сути, при растира- ;Нии его) происходит полное превращение сублимирующего вещества в однородную массу, а после полного испарения азота - в порошок.

Как отмечалось вьше, возможно использование и другого вещества (например, СО2 и Н/2 в жидких формах). Критерием выбора служит доступность для промьшшенного использования, а также более низкая и стабильная тем- пература кипения агента, которая определяет степень диспергирования веществ. Например, температура кипения COi недостаточна для получения однородности по форме и размеру (монодисперсности) частиц нафталина. Так, при обработке жидкой фазой СО нафталина получается разнодисперс- ный порошок с диаметром частиц 30

10

20

25

,5 14694076

300 мкм и Bbmie, при обработке нафталина жидким водородом - порошок с диаметром частиц 3-100 мкм, а при обработке нафталина жидким азотом - порошок с диаметром частиц 3-5 мкм. При исследовании различных соотношений сублимирующих веществ (антрацен, фталинин, нафтохинон, нафтол, нафталин) и жидкого азота после полного испарения последнего измеряли объемы получаемых порошков сублимирующих веществ и затем соотносили к ранее измеренному объему жидкого азота. Для каждогр сублимирующего вещества находили оптимальное соотношение объемов сублимирующего вещества и жидкого азота. Критерием оптимальности при этом является максимально возможное измельчение, характеризуемое диаметром полученных частиц (измеряют с помощью оптического микроскопа) в среде жидкого азота исследуемого сублимирующего вещества.

Выпи испытаны опорные поверхности из пластмассы, дерева, различных (металлов (медь, алюминий, сталь). Пластмасса и дерево повреждаются и разрушаются при давлении 40 кг/см алюминий и медь повреждаются (сплющиваются) при давлении 90 кг/см, а стальная опорная поверхность не повреждается и при 130 кг/см, В связи с тем,что прессование моделей в основном ведется при давлении 50- 130 кг/см (в зависимости от температуры среды, формы и размеров модели), то наиболее приемлемыми материалами для изготовления опорных поверхностей моделей являются металлы .

Результаты экспериментов показали, что при прочих равных условиях, имевших место при проведении экспериментов с призмами, отклонения значений коэффициентов Локальной теплоотдачи в одних и тех же точках исследуемых призм определялись раз- личной степенью измельчения порошка нафталина, причем чем ниже степень измельчения порошка и, .соответственно, вьшге не.однородность структуры, тем больше отклонение величин коэффициентов массоотдачи, и наоборот.

Следовательно, чем выше степень измельчения порошка, тем однороднее структура получаемой модели и тем

30

35

40

45

50

5

выше точность определения коэффициентов теплоотдачи. Повышение точности измерения локальных коэффициентов теплоотдачи тел сложной формы, обтекаемых газовым потоком, в частности элементов радиоэлектронных аппаратов (микросхем, транзисторов, диодов и т.п.) позволит оптимизировать системы охлаждения их путем регулирования мощности вентиляторов, т.е. затрат электроэнергии.

Формула из обретения

Способ изготовления моделей из сублимирующих веществ для определения коэффициентов теплоотдачи, вклю

чающий измельчение вещества с последующим изобарическим прессованием из полученного порошка моделей заданной формы, отличающий-. с я тем, что, с целью повьщ1ения точности измерения коэффициентов теплоотдачи объектов сложной формы в газовых средах, процесс измельчения проводят в среде жидкого азота, исходное количество которого в 1,3-1,5 раза превьплает количество вещества путем перемещивания до полного испарения азота, а при формировании готовой модели в нее одновременно запрессовывают металлический опорньш стержень.

Изобретение относится к области термометрии предназначено для определения локальных коэффициентов теплоотдачи в газовых средах объектов сложной формы. Цель изобретения - повышение точности измерения коэффициентов теплоотдачи. В способе изготовления моделей из сублим11ро- ванных веществ для определения ко- эффииднентов теплоотдачи измельчают вещества и прессуют из полученного порошка модели заданной формы. Процесс измельчения проводят в среде жидкого азота, исходное количество которого в 1,3-1,5 раза превышает количество вещества, путем перемешивания до полного испарения азота. При формировании готовой модели в нее одновременно запрессовьгоают металлический опорньш стержень, 1 ил.