Устройство для определения коэффициента теплоотдачи Советский патент 1992 года по МПК G01K17/20 

Изобретение относится к технике теп- лофизичесчих измерений и может быть использовано при проектировании, испытаниях и доводке систем охлаждения оптических приборов и комплексов, в частности лазерных установок.

Известно устройство для определения коэффициента теплоотдачи в теплообменниках, содержащее обогреваемую трубу, через которую проходит охлаждающая жидкость, термопару на выходе трубы и блок регистрации.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для определения коэффициента теплоотдачи, которое содержит источник теплового

потока с расположенной на егодоверхности термопарой, помещении вГцилиндр с жидкостью и двумя термопарами на его входе и выходе, расходомер и блок регистрации.

Недостатком известного устройства является низкая точность определения коэффициента теплоотдачи, обусловленная тем, что наряду с измерением температуры, вызванной конвективной составляющей потока, термопара за счет поглощения лучистой составляющей дает завышенное значение температуры по сравнению с непоглощающей поверхностью источника теплового потока, если в качестве источника потока используется источник лучисто-конвективного потока энергии

XI . XI ю сл о

Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента теплоотдачи.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения коэффициента теплоотдачи, содержащее нагреватель в виде источника излучения с закрепленной на его внешней поверхности первой термопарой, размещенный в полости цилиндрического теплообменника, во входном и выходном патрубках которого установлены вторая и третья термопары для измерения температуры охлаждающей среды, и измерительный блок, к которому подключены термопары, введен цилиндрический экран из кварцевого стекла с четвертой термопарой, закрепленной на его внешней поверхности, размещенный коаксиаль- но нагревателю, выполненному в виде газоразрядной лампы, с образованием кольцевого проточного канала для охлаждающей среды, при этом внутренний диаметр di теплообменника, внешний d2 и внутренний da диаметры цилиндрического экрана и диаметр нагревателя d4 связаны между собой соотношением di2 - dz2 da2 - di2

Наличие цилиндрического экрана из кварцевого стекла с четвертой термопарой, закрепленной на его внешней поверхности, размещенного коаксиально нагревателю, выполненному в виде газоразрядной лампы с образованием кольцевого проточного канала для охлаждающей среды обеспечивает определение коэффициента теплоотдачи с повышенной точностью.

На чертеже изображено устройство, общий вид.

Устройство содержит последовательно соединенные резервуар 1 с жидкостью, насос 2, расходомер 3, теплообменник 4, а также блок 5 регистрации. Теплообменник 4 состоит из цилиндра 6, источник 7 излучения лучисто-конвективного потока с размещенной на его поверхности термопарой 8 и цилиндрического экрана 9 из кварцевого стекла с установленной на его внешней поверхности термопарой 10. а также термопар 11 и 12 на входном и выходном патрубках теплообменника 4

Термопары 8 и 10 имеют одинаковые радиационно-оптические свойства тепло- воспринимающих поверхностей, а диаметр цилиндра 6 (di), внешний (d2) и внутренний (da) Диаметры цилиндрического экрана и диаметр нагревателя (d/i) связаны между собой соотношением

di2-da2 d32-d42

Устройство работает следующим образом.

Охлаждающая жидкость из резервуара 1 насосом 2 подается через расходомер 3 в теплообменник 4, охлаждая газоразрядную лампу 7. Температура Twi. вызванная поглощением конвективной и лучистой составляющих теплового потока, выделенных при работе газоразрядной лампы 7, регистрируется термопарой 8. Далее охлаждающая жидкость попадает в полость между цилиндром б и цилиндрическим экраном 9 и поступает обратно в резервуар 1. Слой жидкости между газоразрядной лампой 7 и цилиндрическим экраном 9 служит тепловым фильтром, который задерживает конвективную

составляющую теплового потока и пропускает лучистую составляющую, Температура . вызванная воздействием лучистой составляющей, фиксируется термопарой 10. Соотношение (1) диаметров газоразрядной лампы 7, цилиндрического экрана 9 и цилиндра 6 обеспечивает одинаковые гидромеханические условия обтекания охлаждающей жидкостью термопар 8 и 10. Температура охлаждающей жидкости Tf

оегистрируется термопарами 11 и 12. Сбор и обработка первичной информации ведутся блоком 5 регистрации. Температура, вызванная поглощением воспринимающей поверхностью термопары лучистой составляющей теплового потока и находящейся в среде с температурой Tf, определяется как AT Tw2 - Tf Полученная поправка используется для нахождения истинной температуры поверхности газоразрядной лампы 7.

Коэффициент теплоотдачи для теплообмен- ных устройств с лучисто-конвективным потоком энергии рассчитывается по формуле

40

а

Ок

Twi - AT -Tf

гдеЛТ Т л/2-Тк

TWI - температура поверхности источника теплового потока, °С; Tw2 - температура, вызванная излучением источника теплового потока, °С;

Tf - температура охлаждающей жидкости, °С;

о,к - удельный конвективный тепловой поток, Вт/м2.

Таким образом, предлагаемое устройство для определения коэффициента теплоотдачи позволяет по сравнению с известным повысить точность определения коэффициента теплоотдачи для теплообменников с источниками лучисто-конвективного потока энергии, выбрить оптимальные конструктивные параметры систем охлаждения рассматриваемых устройств, повысить их надежность и долговечность.

Формула изобретения

Устройство для определения коэффициента теплоотдачи, содержащее нагреватель в виде источника излучения с закрепленной на его внешней поверхности первой термопарой, размещенный в полости цилиндрического теплообменника, во входном и выходном патрубках которого установлены вторая и третья термопары для измерения температуры охлаждающей среды, и измерительный блок, к которому подключены

термопары, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введен цилиндрический экран из кварцевого стекла с четвертой термопарой, закрепленной на

его внешней поверхности, размещенный коаксиально нагревателю, выполненному в виде газоразрядной лампы, с образованием кольцевого проточного канала для охлаждающей среды, при этом внутренний диаметр di

теплообменника, внешний d2 и внутренний da диаметры цилиндрического экрана и диаметр нагревателя d4 связаны между собой соотношением

di2-d22 d32-d42.

Использование, теплофизические измерения при проведении испытаний и доводке систем охлаждения оптических приборов. Сущность изобретения1 в полости проточного теплообменника коаксиально размещены нагреватель в виде газоразрядной лампы и цилиндрический экран из кварцевого стекла. На внешней поверхности нагревателя и экрана закреплены соответственно первая и четвертая термопары. Вторая и третья термопары установлены во входном и выходном патрубках теплообменника Первая термопара фиксирует темп ературу Twi поверхности, обусловленную воздействием конвективной и лучистой составляю- щих теплЪвого потока от нагревателя. Четвертая термопара регистрирует температуру Тш, вызванную только воздействием излучателя от нагревателя. Температура Tf охлаждающей жидкости измеряется второй и третьей термопарами, В измерительном блоке по показаниям термопар вычисляется коэффициент теплоотдачи, с учетом поправки, на дополнительный нагрев первой термопары лучистой составляющей теплового потока. 1 ил сл

jLV 7 / /

& 7

j

T e07rf7

/

/

/

ии

f0 12