Способ определения коэффициента теплоотдачи при кипении жидкости Советский патент 1993 года по МПК G01K17/20 

Изобретение относится к теплофизиче- ским измерениям и может быть использовано для экспериментального определения коэффициента теплоотдачи при кипении и конденсации в стационарном режиме, а также при конвективном теплообмене.

Известен способ определения коэффициента теплоотдачи, заключающийся в непосредственном нагреве трубчатого образца электрическим током, измерении температуры поверхности теплоотдачи, температуры теплоносителя, теплового потока и вычислений коэффициента теплоотдачи по измеренным значениям.

Недостатком известного способа является узкая область использования, поскольку коэффициент теплоотдачи определяется

только для одного вида процесса теплообмена - конвективного.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения коэффициента теплоотдачи при кипении жидкости, заключающийся в нагреве электрическим током экспериментального участка в виде трубки - нагревателя, помещенной в исследуемую жидкость, подаче охлаждающей среды в трубку - конденсатор, измере- нии мощности электрического тока, температуры внутренней поверхности трубки - нагревателя, температуры и давления насыщения исследуемой жидкости при установившемся режиме кипения. По измеренным значениям определяют

VI 00

о

00

00

ю

коэффициент теплоотдачи (акип.) по расчетной формуле

акип F(tc-ts)

где tc tr - At - температура наружной поверхности стенки трубки сучетом перепада температуры по толщине стенки;

d2

In

da

-).

2РА 2

Q - электрическая мощность, подводимая к трубке и передаваемая кипящей жидкости;

di, d2 - соответственно внутренний диаметр трубки и диаметр, на котором распо- ложены спаи датчиков температуры (термопар);

А- теплопроводность материала стенки трубки;

F -поверхность теплоотдачи;

tf-температура внутренней поверхности трубки;

ts - температура насыщения исследуемой жидкости.

Заделка термопар не на поверхности трубки, а вблизи нее позволяет устранить нарушение теплообмена на поверхности и уменьшить тем самым погрешность измерения температуры трубки. При этом погрешности измерения температуры, обусловленные подводом и отводом тепла от термопар, не устраняются, что снижает точность измерения температуры поверхности теплообмена.

.Цель изобретения - повышение точности при одновременном увеличении эффективности за счет обеспечения возможности определения коэффициентов теплоотдачи при конденсации и конвективном теплообмене.

Поставленная цель достигается тем, что охлаждающую среду подают с тем же расходом, что и в трубку-конденсатор, в трубку- нагреватель,идентичную по геометрическим размерам трубке-конденсатору, нагревают экспериментальный участок электрическим током удвоенной мощности, изменяют температуру охлажда- ющей срёдь до достижения первоначального значения, в установившемся режиме кипения измеряют расход и температуру охлаждающей среды на входе и выходе трубки-нагревателя и трубки-конденсатора и по измеренным значениям определяют искомые коэффициенты теплоотдачи.

На чертеже показано устройство для реализации прёдложенното способа.

Устройство содержит герметичный корпус 1,частично заполненный исследуемой

жидкостью 2. В корпусе 1 заделана трубка- нагреватель 3, подсоединенная к источнику тока 4. В верхней части корпуса установлена трубка-конденсатор 5, идентичная по размерам и материалу трубке-нагревателю, подключенная к источнику охлаждающей воды 6 через вентиль 7 и термопары 8. Выходной патрубок 9 конденсатора соединен через теплообменник 10с трубкой 3.

с помощью вентилей 11,12 осуществляется подача охлаждающей жидкости в нагреватель 3, Расход жидкости измеряется расходомером 13, а температура на входе и выходе из конденсатора и нагревателя -термопарами 14 и 15.

Корпус 1 также оснащен дополнительной арматурой - дренажным вентилем 16 и воздушным клапаном 17.

Способ осуществляют следующим образом.

Подают электрический ток на трубку 3, а в трубку 5 подают охлаждающую жидкость от источника 6 открытием вентилей 7 и 11, при закрытом 12. Вентилем 7 регулируют

расход охлаждающей жидкости через трубку 5 до достижения в корпусе 1 температуры насыщения исследуемой жидкости. Измеряют электрическую мощность на экспериментальном участке трубки 3, температуру

насыщения (температуру пара) - термопарой 8 и термопарами (на чертеже не показаны) - температуру внутри трубки 3. Затем на трубку 3 подают электрический ток удвоенной мощности, закрывают вентиль 11 и открывают вентиль 12, подают охлаждающую жидкость через теплообменник 10 в трубку 3, регулируя ее температуру для установления первоначального значения температуры насыщения исследуемой жидкости.

Измеряют расход охлаждающей жидкости через конденсатор 5 расходомером 13 и температуру охлаждающей жидкости на входе и выходе из конденсатора и нагревателя термопарами 14 и 15.

Коэффициенты теплоотдачи а рассчитывают по формулам:

-при конвективном теплообмене

50

, Сохл. Ср ( Хвых tax J РвнО-Д1-ТЗс)

где

At- . Ср (tabix tan ) f „ 2 cfl , d2 s L -----л 7Г/1 i----- V1 -- ndl

A7tA

-«Я

- перепад температур в стенке трубки, т.жн

tsbix Ь tax.

2

Сохл. - расход охлаждающей жидкости через нагреватель и конденсатор;

Ср - удельная теплоемкость охлаждаю- где

Использование: область теплофизиче- скоГо эксперимента, для определения коэффициента теплоотдачи при кипении, конденсации и конвективном теплообмене. Сущность изобретения: нагревают электрическим током экспериментальный участок в виде трубки-нагревателя, помещенной в исследуемую жидкость, и одновременно под- ают охлаждающую среду в трубку-конденсатор. Измеряют мощность электрического тока и температуру насыщения исследуемой жидкости при установившемся режиме кипения. Осуществляют подачу охлаждающей среды с тем же расходом, что и в трубку-конденсатор, в трубку- нагреватель.Одновременно экспериментальный участок нагревают током удвоенной мощности, Температуру охлаждающей среды изменяют до достижения первоначального значения температуры насыщения исследуемой жидкости. Измеряют расход и температуру охлаждающей среды на входе и выходе нагревателя и конденсатора, идентичных по геометрическим размерам и материалу. По измеренным значениям расчетным путем определяют коэффициенты теплоотдачи для каждого вида процесса теплообмена. 1 ил. ел С

щей жидкости;

tex, tBbix, tBxH, tsbix - соответственно температура охлаждающей жидкости на входе и выходе из нагревателя и конденсатора;

I - длина экспериментального участка (трубки);

А- коэффициент теплопроводности материала трубки;

tT - температура внутренней поверхности трубки;

di, da - соответственно внутренний и наружный диаметры трубки;

F - поверхность теплоотдачи;

при конденсации

. Сохл.Ср(Хвых tsx-j/Fnapfts 1ж .Сохл. СрОвых- tax) ( Хжн + д

Формула изобретения Способ определения коэффициента теплоотдачи при кипении жидкости, заключающийся в нагреве электрическим током экспериментального участка в виде трубки- нагревателя, помещенной в исследуемую жидкость, подаче охлаждающей среды в трубку-конденсатор, измерении мощности электрического тока, температуры внутренней поверхности трубки-нагревателя, температуры и давления насыщения исследуемой жидкости при установившемся режиме кипения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при одновременном увеличении эффективности за счет обеспечения возможности определения коэффициентов теплоотдачи при кон0

5

А г брхл. Ср ( 1вых - tBx ) ( л2 dz d2

А --«ш--HI tabix Ь tax . tx - ---2---

is температура насыщения (пара); - при кипении

Q

ССкйп. - Ј--т-г --i---7Г7Т гнар ( Тт - ts - At;

AtQ ( 1 2 $ , d2 ч

гделг тагг();

Q - электрическая мощность на экспериментальном участке.

Повышение точности при реализации данного способа достигается за счет исключения необходимости измерения температуры поверхности теплоотдачи -tcr. Измеряется только температура внутри трубки-нагревателя 3, помещенной в исследуемую кипящую жидкость.

денсации и конвективном теплообмене, подают охлаждающую среду с тем же расходом, что и в трубку-конденсатор, в трубку- нагреватель,идентичную по геометрическим размерам трубке-конденсатору, нагревают экспериментальный участок электрическим током удвоенной мощности, изменяют температуру охлаждающей среды до достижения первоначального значения температуры насыщения исследуемой жидкости, в установившемся режиме кипения измеряют расход и температуру охлаждающей среды на входе и выходе трубки-нагревателя и трубки-конденсатора, по измеренным значениям определяют искомые коэффициенты теплоотдачи.