Способ комплексного определения теплофизических свойств жидкости Советский патент 1991 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения температуропроводности и теплопроводности различного класса жидкостей.

Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения.

Температура t ламинарного потока жидкости в цилиндрической трубе радиуса г0, обогреваемой равномерно распределенным тепловым потоком q, определяется зависимостью.

т н 9У , 1 „2 1 Р4

оЖ +TR TR

00

7 + I An ( R ) ехр Ип2 X .

48

0)

где R безразмерный радиус трубы;

Го

г - текущий радиус;

X п безразмерная продольная

координата температуропроводно- сти и теплопроводности;

d - внутренний диаметр трубки; g - расход жидкости;

Оч

VJ со ю

Јь

iO

х - текущая продольная координата: АщЈп - известные числа; t/Vi (R) известная функция: tH - температура жидкости на входе в трубу.5

Если в формуле (1) положить R 1, то получим зависимость для вычисления температуры tc(x) стенки теплообменного участка трубки:Ю

tc ( х ) - тн 2Х , LL ,

4 АЛ Iя О

qd/A48

-exp(-Јn Y2)} 3J-F2(Y2.&)

(4)

Выше использованы обозначения

t lit. 2

Y, Y2 7IaL2

2g

2g

Изобретение относится к области экспериментальной теплофизики и может быть использовано для определения температуропроводности и теплопроводности жидкости. Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения. Исследуемую жидкость пропускают через тонкостенную трубку из высокотеплопроводного материала, имеющую изотермический и теплообменные участки, температуру стенки трубки на изотермическом участке поддерживают равной температуре жидкости на входе, а стенку трубки на теплообменном участке обогревают равномерно распределенным по его длине тепловым потоком. При установлении стационарного теплового режима измеряют величину теплового потока на теплообменном участке, расход жидкости и среднеинтегральные температуры стенки трубки на двух фиксированных участках, на основании которых определяются искомые свойства. 2 ил.

002

+ Ј An pn (1 ) ехр - ЕП X

п 1

На основании зависимости (2) получим, что значение среднеинтегральной темпера- туры Ti стенки трубки на первом фиксированном отрезке hU теплообменного участка равно:

Ti

4лгиА

U -li

tc ( x ) - tH 1 dx

qd

1-1

.{v,(,+ft) + -.+

1°°

,

An (fr ( 1 )

2 Cn

X

35 Тогда из выражения (6) получим уравнения для вычисления значений YJ и YI:

(-fn |i Yi )- -exp(-4n2YO}

(У1,)

Обозначим Yi - корень уравнения (7), Аналогично для второго отрезка 12 L2 a Y2 - корень уравнения (8). С учетом обоз40

(3)

Fi(kYi.&)-aFi(Yi.Јi) 0(7)

F2(Y2.Јz)-aF2(-Ј-.Јi)-0.(8)

45 начения (5) получим формулу для вычисления значения температуропроводности исследуемой жидкости:

теплообменного участка получаем

Т2

Lh

Tu bTilfc(x)lBlIix .{Y2(1+&) + +

+

1

00

г у

2

f-n

х ехр ( - fn 2 Y2) 15

F(Y.Ј) Y(1 + Ј) +

11 48

+

,

An «fti ( 1 ) x

fn

22

X exp ( - tn Ј Y ) - exp ( - Јn Y )

(5) Поделим выражение (4) на (3) и получим

(6)

Т2 F2(Y2.|2) Ti Fi(Yi.Јi)

L2Y2

Обозначим и T2/Ti; k .

35 Тогда из выражения (6) получим уравнения для вычисления значений YJ и YI:

40

(3)

Fi(kYi.&)-aFi(Yi.Јi) 0(7)

F2(Y2.Јz)-aF2(-Ј-.Јi)-0.(8)

Обозначим Yi - корень уравнения (7), a Y2 - корень уравнения (8). С учетом обозначения (5) получим формулу для вычисления значения температуропроводности исследуемой жидкости:

2g w 2g w 503 lfUYl TL2-Y2

Аналогично на основании зависимостей 3 и 4 получим формулы для вычисления теплопроводности исследуемой жидкости

,(YU,) F2(Yj.fe).

На фиг.1 приведена схема устройства для реализации предлагаемого способа определения комплекса теплофизических свойств жидкости: на фиг.2 - распределение температуры по длине теплообменного участка трубки.

Устройстрю представляет собой трубку 1, на которой установлены водяная рубашка 2 и электрический нагреватель 3, навитый с постоянным шагом из нихромового провода. Водяная рубашка 2 образует изотермический участок длиной 1Из, а нагреватель 3 образует теплообменныи участок длиной IT. Между витками нагревателя 3 установлены термометры сопротивления (терморезисто ры 4 и 5) из медного провода, образующие дня фиксированных участка И, L, и li, L на теплообменном участке трубки. Сопротивление терморезистора 4 подключено к первой мостовой схеме (HP показано), в плечи которой включены резисторы из манганинового провода Сопротивление терморезистора 5 подключено ко второй мостовой схеме (не показана), плечи кото- рои также образованы манганиновыми резисторами.

Параметры мостовых схем подоЬраны таким образом, что средне-интегральные значения Ti и Тг температуры стенки на первом и втором фиксированных участках вычисляются соответственно по формулам

Ti miUi; Т2 m2U2.

(9)

где mi, (П2 - коэффициенты для D

пересчета значений выходных сигналов Ui и 1)2 мостовых схем в среднеинтегральные значения температуры стенки трубки TI и Тт. Площади Si и S2, заштрихованные на фиг.2, пропорциональны среднеинтеграль- ным значениям TI и Тз.

Расходомер 6 обеспечивает измерение расхода исследуемой жидкости. Тепломер 7, например, термобатарейного типа обеспечивает измерение теплового потока q.

Способ осуществляют следующим образом.

Поток исследуемой жидкости последовательно пропускают через изотермический участок длиной Из и через теплообменныи участок длиной т Температуру стенки трубки 1 на изотермическом участке поддерживают равной температуре т.н на входе в трубку 1 за счет пропускания большого количества воды - теплоносителя, например из жидкостного термостата. На теплообменном участке стенку трубки 1 обогревают равномерно распределенным тепловым потоком, подводимым от электрического нагревателя 3. После достижения стационарного режима работы измеряют 1.асход g исследуемой жидкости (с помощью расходомера б) и тепловой поток q (с помощью теплимерл 7). h ели теплооЬм нныи участок имеет хорошую тепле из тяцию от окружающей среды, то плотность теплового потока может быть определена по электрической мо.щност-г. потребляемой электрона ревателем 3. Одновременно измеряют знаиения выходных сигналов Ui и LJ2 мостовых схем /с использованием зависимостей (9) вычисляю среднеинтегральнь в наченич Ti и Т температуры стенки трубки 1 на первом h, i i и на втором 12, 1.2 учрстхах. С

Т2

учетом значения а - . 1:, и. 2, .2, Ј1.

с вычисляют корчи Vt и /: уравнений (7), (8) и вычиюля.от значения темме зту- ропровопности а и теплопрсводности Я исследуемой липкости. Использование . аемого способа njseo/ifleT вместо измерения i pex температур (температур АИДКОСТИ г, начале и в конце трубки и тем- п. рл г /ру трубки ь ее кем де), как зю осуще- ствляегся R прототипе измерять только две темпера11,ры Ti и Т. Снижение измеряемых величин приводит к повышению

точности определения искомых характеристик Кроме тиго, вычисление температуропроводности и теплопроводности по двум и;.зависимым формулам (для каждою параметра) также позволяет повысить точ- ность определения искомых .-арактериСТМИсключение замера температуры жид- кос и позволяет отказаться от установки дат иков температуры внутри ламинпрногс

потом За счет этого устраняются причины, вызывающие образование отложений внутри трубки. 8 результате этого уменьшается гидравлическое сопротивление трубки и расширяется область применения способа

за счет расширения диапазона исследуемых жидкостей.

Формула изобретения

Способ комплексного определения теплсфизических свойств жидкости, заключающийся в том, что ламинарный поток исследуемой жидкости пропускают через изотермический и теплообменныи участки

трубки, температуру стенки труоки на изотермическом участке поддерживают равной температуре жидкости на в трубку, стенку трубки обогревают на теплообменном участке равномерно распределенным

по его длине тепловым потоком, измеряют величину теплового потока, расход жидкости, а также параметры теплового состояния теплообменного участка, отличающийся тем что. с целью повышения

точности и расширения области применения, в качестве параметров теплового состояния теплообменноего участка используют значения среднеинтегральной температуры стенки трубки из высокотемпературного материала на двух фиксированных участках, а искомые свойства определяют по формулам

Qd

1 ч с - 4d d

А fTFl тГр2

где а, Я - соответственно температуропроводность и теплопроводность исследуемой жидкости:

d - внутренний диаметр трубки;

g - расход жидкости,

q - тепловой поток к стенке трубки на теплообменном участке;

Ti, Та - соответственно значения среднеинтегральной температуры стенки трубки на фиксированных участках LI и

Yi, Y2, Fi, F2 - экспериментальные коэффициенты, зависящие от значений температур Ti и Т2.

gflrfrfc ЛгЮ-fcA

Sfifa- ArJ&&W

tt(x)-tn

Фиг. 2