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

Изобретение относится к области экспериментальной теплофизики и может быть использовано для определения теплофизических характеристик жидкостей.

Цель изобретения - расширение области применения при сохранении заданной степени точности.

Поддерживая значение отношения разности температур стенки и жидкости в конце трубки к разности температур жидкости в конце и начале трубки в диапазоне 0,9...1,1, сокращается время пребывания исследуемой жидкости в трубке, что уменьшает тепловое воздействие на жидкость и позволяет исследовать жидкости, не выдерживающие длительного теплового воздействия. Одновременно точность

определения теплофизических характеристик жидкостей поддерживается на заданном уровне.

Температурах ламинарного потока жидкости в цилиндрической трубке радиуса го d/2 (d - диаметр трубки), обогреваемой равномерно распределенным тепловым потоком qc определяется зависимостью

О 00

10 4

t-t Чс

,

0)

где R - - безразмерный радиус;

Го

7Г Э X

X -2 5безразмерная лродольчЗ

ная координата;

Aj, EI - известные числа;

q - расход жидкости через трубку;

fy ( R) - известные функции;

а, А - температуропроводность и теплопроводность жидкости;

г, х - размерные радиальная и продольная координаты;.

t-н - температура жидкости в начале трубки.

Если в формуле (1) R 1, то получим формулу для вычисления температуры tc стенки трубки

((1)(Х)1

с d

i&

t 1

а)

Из условий теплового баланса следует, сто среднемассовая температура t жидкости изменяется по длине трубки по закону

t - О Y

gc -d А

Если в качестве среднемассовой температуры г принять среднемассовую температуру tK жидкости в конце трубки, то из последней формулы получим30

tk -t.H

gc-d

2Х

(3)

Вычтем уравнение (3) из уравнения (2) и получим:

- - rA- rijexpf-efx) w

А

Поделим уравнение (4) на уравнение (3)

и получим

tc tk ft (X tk -tH

Обозначим

tc - tk

tk-tH - ZX (X) Тогда получится зависимость

0 0 (X), (5)

Из формулы (5) видно, что каждому значению 0 - -- , соответствует только tk - IH

одно значение безразмерного параметра Y -Эт-а I

29

Если вести измерения при известном

значении #,то коэффициент температуропроводности а можно вычислить по формуле

где X - f i( 0} - функция, обратная зависимости (Х)

Если подставим зависимость X f i( 0) в формулу (4), получим

§ (Х)ИМ0) .

Обозначим р2 f 1 (в) h (в ) .

Тогда из зависимости

tc-tk

f2(0)

15

1

20

25

30

35

40

45

50

55

получим формулу для вычисления коэффициента теплопроводности

A f ® # 5-И

На фиг, 1 показана зависимость погрешности определения температуропроводности и теплопроводности от отношения разности температур в; на фиг. 2 - схема устройства для реализации способа.

Устройство (фиг. 2) включает емкость 1, насос 2, термостат 3, расходомер 4 и измерительную трубку. На измерительной трубке установлены водяная рубашка 5, электрический нагреватель б, навитый из нихромовой проволоки с постоянным шагом, измерители 7 среднемассовой температуры жидкости и дифференциальные термопары 8-10, измеряющие соответственно температуру tc стенки в конце трубки, среднемассовую температуру IK жидкости в конце трубки и среднемассовую температуру tn жидкости в начале трубки. Для устранения утечек тепла от нагревателя 6 в окружающую среду измерительная трубка снабжена системой охранных нагревателей 11. Автотрансформатор 12 обеспечивает возможность изменения напряжения на нагревателе 6, а ваттметр 13 служит для измерения мощности Р, потребляемой нагревателем 6. При качественной работе охренных нагревателей 11, обеспечивающей полное устранение утечек тепла от основного нагревателя 6 в окружающую среду, ваттметр 13 может быть использовано для определения теплового потока QC по формуле:

п - Р.. 9е я-сГ- I

где Р - мощность, потребляемая нагревателем 6;

d, I - соответственно внутренний диаметр и длина участка трубы, на котором установлен нагреватель 6.

Кроме того, в установку входят тепломер 14, например, термобатарейного типа, установленный на стенке измерительной трубки под нагревателем 6 и вольтметр 15. Тепломер 14 и вольтметр 15 позволяют осуществлять непосредственное измерение теплового потока qc, подводимого к исследуемой жидкости от нагревателя 6.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Исследуемую жидкость А из емкости 1 прокачивают насосом 2 через термостат 3 и измерительную трубку так, чтобы расход жидкости был постоянный, а режим течения жидкости в измерительной трубке ламинарный. Наличие ламинарного режима течения в измерительной трубке контролируют по показаниям расходомера 4. Необходимую начальную температуру исследуемой жидкости А поддерживают за счет пропускания ее через термостат 3, а также за счет пропускания-воды-теплоносителя В из термостата 3 через водяную рубашку 5. После выхода из зоны водяной рубашки 5 поток исследуемой жидкости обогревают равномерно распределенным по поверхности стенки трубки тепловым потоком, подводимым от электрического нагревателя 6. С помощью термопар 10, 9, установленных в измерителях 7, измеряют температуры tH, tK исследуемой жидкости соответственно в начале и в конце измерительной трубки, а с помощью термопары 8 измеряют температуру tc стен- ки в конце трубки. Путем изменения числа оборотов насоса 2 изменяют расход q исследуемой жидкости через трубку и за счет этого устанавливают такой режим работы установки, при котором отношение

д tc - tk

разностей температур (tc - tK) и (t« - tH) находится в пределах 0,9... 1,1. После установле- ния режима работы, при котором 0,9 0 1,1, измеряют плотность теплового потока qc, измеряют температуру стенки tc в конце трубки, температуры tH и IK жидкости в начале и конце трубки, вычисляют фак- тическое значение отношения

и -

k-tk

tk tH

и по формулам 5-7 определяют комплекс теплофизических характеристик жидкости, а именно температуропроводности з и теплопроводности Я.

Согласно изобретению измерительные операции осуществляют так, что отношение разностей температур

д tc - tk

находится в диапазоне 0,9...1,1, уменьшена длительность и величина теплового воздействий на исследуемую жидкость и за счет этого расширена область применения способа и повышена достоверность информации об искомых теплофизических характеристиках жидкости.

Проведенные параметрические расче ты показывают, что при отношении 6 0,9...1,1 и длине трубки 0,7...0,8 м, время пребывания жидкости в трубке не превышает 4 с, в то время как в прототипе это время составляло 17-20 с и более. При этом погрешность определения температуропроводности (фиг. 1) не превышает 9%, а теплопроводности 6...7%.

С использованием данного изобретения могут быть исследованы жидкости, не допускающие длительного нагрева, который влияет на их теплофизические характеристики.

Формула изобретения

Способ определения теплофизических характеристик жидкости, заключающийся в том, что ламинарный поток исследуемой жидкости пропускают через трубку, стенки которой обогревают равномерно распределенным подлине трубки тепловым потоком, измеряют плотность теплового потока, расход жидкости, температуру жидкости в начале и в конце трубки, температуру стенки в конце трубки и определяют искомые характеристики, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения при сохранении заданной степени точности, значение отношения разности температур стенки и жидкости в конце трубки к разности температур жидкости в конце и в начале трубки поддерживают в диапазоне 0,9.. .1,1.

г а Г/

0,25

0,5 7 Г,Г Фиг.г

Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения температуропроводности и теплопроводности жидкостей. Цель изобретения - расширение области применения при сохранении заданной степени точности. Исследуемую жидкость прокачивают через трубку, стенки которой обогревают равномерно распределенным по длине трубки тепловым потоком. В процессе испытаний измеряют величину теплового потока, расход жидкости, температуры жидкости в начале и в конце трубки, а также температуру стенки в конце трубки. При этом отношение разности температур стенки и жидкости в конце трубки к разности температур жидкости в конце и в начале трубки поддерживают в диапазоне 0,9...1,1. 2 ил. ел С