Способ определения коэффициента конвективной теплоотдачи и стенд для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01K17/20 

Изобретение относится к области теплофизических измерений, в частности к определению коэффициента теплоотдачи, и может быть использовано при аналоговом моделировании процесса теплрогдачи

Целью изобретения является повышение точности.

На чертеже показана принципиальная схема стенда для определения коэффициента теплоотдачи.

Стенд содержит кожух 1 со съемной крышкой 2 и устройство для прокачивания , состоящее из компрессора 3, кинематически связанного с ним электродвигателя, блока управления (не показаны). Внутри кожуха 1 размещены модели 4 и установлен

фильтр 5, выполняющий такжг. /ч нкции стабилизатора потока. Кожух 1 р. - в камере 6 с возможностью открытой доступа к. крышке . К камере 6 своим входным патрубком подключен вакуумный компрессор 7, связанный с электродвигателем и Ьлоком управления (не показаны).

Кроме того, к камере 6 может быть с помощью трубопровода 8 с вентилем 9 подключена емкость 10, заполненная модельным газом.

Датчик 11 давления и датчик 12 температуры газа установлены в кожухе 1 и вместе с датчиком 13 температуры САОЯ сублимирующегося вещества, которым покрыта модель 4, присоединены к блоку 14

«г.

о

|0

ю

.&. к

контрольно-измерительной аппаратуры. В кожухе 1 установлен расходомер (не показан).

Способ осуществляют следующим образом.

Изготавливают модели 4, геометрически подобные оригиналу, таким образом, чтобы поверхность, для которой определяют коэффициент теплоотдачи, была выполнена из сублимирующегося вещества, например нафталина. Модели 4 устанавливают в кожух 1.

При использовании модельных газов, отличных от воздуха, камеру 6 заполняют из емкости 10 модельным газом (если в качестве модельного газа применяют воздух, то эту операцию не выполняют).

Включают компрессор 3 и вакуумный компрессор 7. Регулируя мощность последнего, обеспечивают необходимое давление в камере 6 и, соответственно, в кожухе 1. Режим течения газа внутри кожуха 1 при моделировании скоростных характеристик потока обеспечивают формой кожуха 1, а также управлением компрессора 3.

Время обдува модели 4 определяется многочисленными факторами (характеристики сублимирующегося вещества, скоростные характеристики потока газа и другие), но обычно оно выбирается в пределах (1 - 25)-103с. Вовремя продувки с помощью датчиков 11-13 регистрируют температуру газа, температуру слоя сублимирующегося вещества и давление в кожухе 1. Массовую скорость, сублимации находят по величине массы сублимировавшегося во время продувки вещества, определяемой либо двухкратным взвешиванием, либо по изменению профиля поверхности вещества вследствие сублимации, определяемом, например, с помощью профилометра.

Способ реализуют при температуре 290 - 300 К.

Коэффициент теплоотдачи при аналоговом моделировании вычисляют по выражению

h Sh (Pr/Sc)n (1 -Ps/Pg) A/I. где h - коэффициент теплоотдачи, Вт/КК);

Pr- критерий Прандтля; Sc - критерий Шмидта; Sh - критерий Шервуда; PS, Pg.- парциальное давление насыщенного пара вещества и давление газа в потоке. Па;

п - показатель степени в критериальном уравнении, зависящий от режима течения;

Я-теплопроводность газа, Вт/(м-К);

I - характерный размер, м.

При этом погрешность, обусловленная отклонением от аналогии, определяется величиной (Pr/Sc)n,

Выбирая при моделировании процесса

теплоотдачи между твердым телом и газообразным теплоносителем величину давления модельного газа из зависимости (т.е. при Рг- -0,7- 1,1)

P (1,3-2,0)-T3/2(1/Mg+1/Ms)1/2( vo2,

обеспечивают выполнение условия Sc Pr.

Следовательно, погрешность, обусловленная отклонением от аналогии, в этом случае отсутствует.

При определении коэффициента конвективной теплоотдачи путем аналогового моделирования предложенным способом повышается точность за счет обеспечения равенства критериев подобия Шмидта при сублимации и Прандтля при теплоотдаче.

Формула изобретения

1. Способ определения коэффициента

коквективной теплоотдачи между поверхностью твердого тела и газообразным теплоносителем,заключающийсяв моделировании скоростных характеристик

потока газа, омывающего модель, по меньшей мере часть поверхности которой выпол- нена из сублимирующегося вещества, измерении температуры газа и поверхности сублимирующегося вещества, определении

плотности паров сублимирующегося вещества, измерении массовой скорости сублимации последнего и последующем определении искомого коэффициента, отличающийся тем, что, с целью повышения

Q точности, создают поток модельного газа с давлением меньше атмосферного, величина которого определяется по зависимости

Р - (1,3 - 2,0) -Г372 (1 /Мд + 1 /Ms)1/2/ (v(f Q).

где Р - давление модельного газа. Па;

Т - температура модельного газа и сублимирующегося вещества, К;

Mg, Ms - молекулярная масса модельно- го газа и сублимирующегося вещества;

V- кинематическая вязкость модельного газа, Ст;

о - константа взаимодействия Лен- нард-Джонса нм;

й- интеграл столкновений для сублимации.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что создают рециркулирующий поток постоянного количества газа.

3.Способ по пп.1 и2,отличающий- с я тем, что, с целью упрощения определения, в качестве модельного газа используют воздух.

4.Стенд для определения коэффициента конвективной теплоотдачи, содержащий кожух со съемной крышкой и установленные в нем модели, по меньшей мере часть поверхности которых выполнена из сублимирующегося вещества, устройство для прокачивания газа через кожух, датчики

0

температуры газа и поверхности сублимирующегося вещества и расходомер, установленный на выходе кожуха, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен камерой, вакуумным компрессором и датчиком давления, причем устройство для прокачивания газа и кожух установлены в камере с возможностью открытого доступа к сьемной крышке, вакуумный компрессор подключен к камере, датчик давления установлен в кожухе, причем камера и кожух заполнены модельным газом.

Изобретение может быть использовано при проведении теплофизических измерений и позволяет повысить точность определения коэффициента теплоотдачи при аналоговом моделировании. При этом в кожух устанавливают модель, выполненную из сублимирующегося вещества, обдувают ее потоком газа с давлением меньше атмосферного, величина которого определяется по зависимости P = (1,3 - 2,0)T^3/2(1/M_G + 1/M_S)^1/2/(*98HΣ²Ω), где P - давление модельного газа, Па

T - температура модельного газа и сублимирующегося вещества, К

M_G, M_S - масса модельного газа и сублимирующегося вещества

ν - кинематическая вязкость модельного газа, м²/с

σ - константа взаимодействия Леннард-Джонса, м

Ω - интеграл столкновений для сублимации. Рециркулирующий поток газа поддерживают постоянного количества, а в качестве газа используют воздух. Определяют температуру газа и поверхности модели, плотность паров сублимирующегося вещества и массовую скорость сублимации. Стенд для определения коэффициента теплоотдачи содержит камеру, к которой подключен вакуумный компрессор. Внутри камеры установлен кожух и устройство для прокачивания газа. 2 с.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 1 ил.