Способ определения термического сопротивления отложений в энергетических установках Советский патент 1989 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к теплофй- зическим измерениям, а именно к измерению термического сопротивления отложений в энергетических установках

Цель изобрет;ения - повьшение точности определения термического сопротивления отложений.

Точность определения термического сопротивления отложений по предлагаемому способу возрастает по сравнению с известным способом вследствие то- го, что в нем после измерений уменьшают термическое сопротивление теплоотдачи к теплоносителю в 2-2,5 раза и проводят повторные измерения. Это

позволяет при расчете термического сопротивления отложений по аналитической формуле использовать результаты повторных измерений, а не прини- мать как в известном способа допзтценйё; о равенстве коэффициента теплоотдачи на поверхности стенки без отложений коэффициенту теплоотдачи на поверхности отложений, контактирующей с теплоносителем, что может приводить к существенной погрешности из-за различного состояния и .рельефа указанных поверхностей.

В известном способе перед проведением опытов по изучению интенсивности образования отложений проводятся

СП

о ф ч

указанные измерения при полном удалении отложений с поверхности стенки, что дает возможность определить коэффициент теплоотдачи по формуле

Q/F

oir

m ф

(1)

где oi - коэффициент теплоотдачи к

теплоносителю от поверхно-

сти стенки;

Q - мощность теплового воздействия на стенку; F - площадь контактирующей с теплоносителем поверхности стенки;

Tg - температура контак.тирующей с теплоносителем поверхности стенки;

Т-г - температура теплоносителя. По мере образования отложений осуществляют те же измерения (при этом мощность теплового воздействия на стенку и температура теплоносите ляподдерживаются неизменными) и термическое сопротивление отложений вычисляют по формуле

т; - Тт

1

Q7F

Т

(2)

где Rg - термическое сопротивление

отложений; Тр - температура поверхности

стенки при наличии отло- жений; oL - коэффициент теплоотдачи

к теплоносителю-ОТ поверх нобти отложений,который приравнивается к d. и оп- ределяется по выражению

(О.

Величина коэффициента теплоотдачи от поверхности стенки к теплоносителю в значительной мере зависит от ее состояния (вида шероховатости ее неоднородности и геометрических характеристик) и рельефа (изогнутости). Так, при вынужденной конвекции этим определяется толщина пограничного . слоя, а при кипении - количество центров парообразования. На ftpaKTHKe, как правило, состояние и рельеф поверхностей стенки и отложений не совпадают и, следовательно принятое в известном способе допущение не соблюдается.

На чертеже показана схема устройства для реализации предлагаемо- . ,

го способа определения термического сопротивления отложений в энергетических установках.

Устройство содержит камеру 1 энергетической установки, в которой помещен теплоноситель, В стенке 2, подверженной отложениям 3, образующимся из теплоносителя, установлен заподлицо с ее поверхностью блок 4, выполненный из материала стенки 2 и отделенный от нее и окружающей среды теплоизолятором 5. В блоке 4 для осуществления теплового воздействия на него размещен нагреватель 6, мощность которого регулируется реостатом 7 и измеряется прибором 8, Измерение температуры поверхности стенки 2, подверженной отложениям 3, осуществляется термопарой 9, а из- мерение температуры теплоносителя - термопарой 10, Показания термопар регистрируются прибором 11, В режиме вынужденной конвекции регулировка .расхода (скорости) теплоносителя осу- ;ществляется насосом 12,

Согласно предлагаемому способу осуществляются две серии измерений при отличающихся по величине коэффициентах теплоотдачи от поверхности отложений к теплоносителю. В этом случае для определения термического сопротивления отложений имеется два уравнения

R - Ll-T 1- (зУ

от Q7F oi;

к - - т

ог - -Q-r.-7F,. ЛМ

где индексы и указывают, что величины относятся соответственно к первому и второму режимам oi побИ, где п 2-2,5. Из (З) и (4) имеют

R /Тс - т; То - Т п ,.

от 7F гГ-Т

Коэффициент теплоотдачи к теплоносителю достаточной для практических расчетов степенью точности можно оценить по следующим формулам:

в режиме вынужденной конвекции

(6)

cif const tl

где W - скорость теплоносителя; в режиме кипения

oi constq , (7)

где q - плотность теплового потока, передаваемого теплоносителю

Из формул (6) и () следует, что в режиме вынужденной конвекции для изменения oiy удобнее всего регулировать скорость теплоносителя, а в режиме кипения - плотность передаваемого -теплоносителю теплового потока, т.е. мощность теплового воздействия на стеику. При этом указанные параметры желательно увеличивать, поскольку уменьшение скорости теплоносителя в режиме вынужденнсУй конвекции может привести к перегреву стенки и ее разрушению, а уменьшение плотности передаваемого теплоносителю теплового потока в режиме кипения может привести к исчезновению самого кипения, т.е, к неопределенности в режиме охлаждения и, следовательно, к невозможности корректного управления им.

Соотношение между величинами коэффициента теплоотдачи к теплоносителю при первом и втором режимах выбрано на основании опытов, которые проводились на специальной установке. При этом отложения имитировались с известным термическим сопротивлением. В процессе исследований в режиме вьшужденной конвекции увеличивался с помощью насоса расход (скорость) теплоносителя, а в режиме кипения с помощью нагревателя - мощность теплового воздействия на стенку. При обработке экспериментальных данных определяли погрешность измерения термического сопротивления отложений

Л - JiHi; -

ар7т

100%

где R:;,

от

- эталонная и измеренная величины термического сопротивления отложений; п ,4 Экспериментальные данные показывают, что по мере возрастания соотношения погрешность определения термического сопротивления отложений уменьшается, причем наиболее существенное уменьшение погрешности происходит до значений п 2,0-2,5„ Эти значения п обеспечиваются при :увеличении скорости теплоносителя либо мощности теплового воздействия на стенку в 3-4 раза (см„ выражения .(6) и (7). Кроме того, увеличение

- 1509700

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

скорости теплоносителя по сравнению с первоначальной ограничено, как правило, производительностью насоса. В режиме кипения возрастание мощности теплового воздействия более чем в А раза может привести к переходу от пузырькового кипения к пленочному и, как результат, к пере греву стенки и ее разрушению. Исхс дя из этого, наиболее оптимальным является соотношение

od;/otV 2,0 - 2,5,

По следовательность осуществления предлагаемого способа определения термического сопротивления отложений следующая.

На нагреватель 6 подается ток от реостата 7, в результате чего осуществляется тепловое воздействие на блок 4, который является имитатором стенки 2, поскольку он вьшолнен из материала стенки 2 и его поверхность со стороны отложений установлена заподлицо с. соответствующей поверхностью стенки 2. При работе в режиме вынужденной конвекции включается насос 12, посредством чего устанавливается определенная скорость теплоносителя в камере I. После выхода установки на установившийся тепловой режим с помощью прибора 8 измеряют мощность теплового воздействия на стенку, ас помощью термопар 9 и 10, а также регистратора II соответственно температуру поверхности стенки теплоносителя Затем увеличивают производительность насоса 12 (скорость теплоносителя) в 3 - 4 раза, повторяют предыдущие измерения и определяют термическое сопротивление отложений 3 по формуле (5). При работе в режиме кипения насос 12 не включают, а повторные измерения осуществляют после увеличения мощности теплового воздействия в 3-4 раза с помощью реостата 7

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет существенно уменьшить погрешность определения термического сопротивления отложений без усложнения эксперимента, поскольку необходимых по известному способу измерений при отсутствии отло- . жений Проводятся повторные измерения при их наличии.

Формула изобретения

Способ определения термического сопротивления отложений в энергетических установках, включающий тепловое воздействие на подверженную от- ложениям стенку, измерение мощности теплового воздействия, измерение температуры стенки и теплоносителя, из которого образуются отложения, и определение искомой величины по ана- литической формуле, о т л и ч а

ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности определения, после измерений уменьшают термическое сопротивление теплоотдачи к теплоносителю в 2-2,5 раза путем регулирования скорости теплоносителя в режиме вынужденной конвекции или путем регулирования мощности теплового воздействия на стенку в режиме кипения, повторяют измерение и определяют термическое сопротивление отложений с учетом измеренных величи н.

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано в энергетических установках с теплоносителем, генерирующим отложения. Целью изобретения является повышение точности определения термического сопротивления отложений. Он заключается в тепловом воздействии на подверженную отложениям стенку, измерении мощности теплового воздействия, измерении температур стенки и теплоносителя. При этом после указанных измерений уменьшают термическое сопротивление теплоотдачи в 2,0-2,5 раза путем регулирования скорости теплоносителя в режиме вынужденной конвекции либо мощности теплового воздействия на стенку в режиме кипения, повторяют измерения и определяют термическое сопротивление отложений по аналитической формуле с учетом значений измеренных величин. 1 ил.

220