Установка для изучения тепло- и массопереноса в капиллярно-пористых и дисперсных материалах Советский патент 1976 года по МПК G01N25/00 F26B25/22 

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕПЛО- И МАССЮПЕРЕНОСА В КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ И ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛАХ

Изобретение относится к области изу- чения геппо - и массообменных свойств материалов в процессах термической обработки.

Известные установки для изучения теп- ло- и массопереноса состоят из двух термостатов (теплоизолированных камер)В размещенную между ними кассету (цилиндр) помещают исследуемый материал. С помощью холодильника и нагревателя соэдают стационарное распределение температуры в материале и затем методол стационарного теплообмена определяют термоградиентный коэффициент (о ). При этом измерение температуры пройзводят термо парами, а влагосодержание материала - путём разбс/ра цили1щра на составляющие кольца с последующим их вгвешиванием.

Недостатки ; известных установок: невозможность комплексного орределения зса- рактеристак в одной установке; невозможность поддержания требуемых парамет -рее процесса в широком диапазоне темпе- ратурных параметров среды в термостатах г: эобходимость прерывать процесс и методом

взвешивания рааборныз лопец определять теку щее влагосодержанне исследуемого материала; невозможность поддержания одинаковых температзфно-влажных параметров процесса в термостатах в случаях, требующих изменения граничных условий.

Цель изобретения - определение комплексных дифференциальных и интегральных характеристик механизма тепло- и мао- соперюноса.

Данная цель достигается тем, что оборудование и аппаратура в каждой камере вьшолнены одинак«жыми в виде тепловен- тиляцнонной системы с электронагревателими, испарительно-чсойденсационного контуре с водшюй ёмкостью, замкнутого хоподильнего контура с низкотемпературным хладагентом, системы регулирования температуры и влажности среды в камерах, а в иоследуе ;ом материале размещены датчики элеострофизических величин, подключённые к электросети через блок управления, элек1 рячески связанный с электронагрювателямн, вентилатсфом тепловентиляционной системы и холрдильным контуром и подключенньА к командному прибору, обеспечивающему авт-оматическую имитацию процесса теплои массопереноса по заданной программе. При этом камеры установлены на направляющих полозьях и одна из них имеет возможность возвратно-поступательного пере- м:-щенЕя при помощи винтового механизма, а в мостах соединения с кассетой камеры снабжены прижимными рамками. На фиг. 1 схематически изображена описываемая установка; на фиг. 2 - кассета; на фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 2. Установка смонтирована на металлической раме 1 и состоит из двух герметичных теплоизолированных металлических камер 2 и 3, между которыми размещена кассета 4 с испытьтаемым материалом. Для удобства работы камеру 2 устанавливают неподвижно в крайнее рабочее положение а камеру 3 перемещают по раме 1 вдоль направляющих полозьев 5 с помощью винтового привода, который состоит из винта 6 с рулем 7, обоймы 8 для размещения винта, установленной на кронщтейне 9, и упорной пластины 10, закреплённой на камере 3. Уплотнение материала в кассете 4 регулируют указателем 11. От рубильник 12 электроэнергию подают через автотрансформатор 13 и стабилизатор 14 к электроприборам, включенным в схему. Для повышения температуры среды в камерах 2,3 размещают электронагреватели 15, подклюц:-)нные к батарее 16 розеток. Регулирование температуры среды с камерах 2, 3 О::зп-дествляют контактными термометрами 17 со--циненными сбпоком 18 автоматов включения зпектронагреватепей. Охпаждение среды осуществляют путём прогонки охлаждающей смеси через термостат 19, холодильник 20 и змеевик 21, расположенный в камере 2. Испарением из сосуда 22 воды, подогреваемой электронагревателем 15, повыщают влагосодержание среды в камерах 2 и 3. При необходимости удалить лищнюю влагу и камер 2 и 3 используют устройство, представляющее собой сосуд 23, в котором расшоложен химический поглотитель паров влаги. При этом сосуды 22, 23 снабжены плот но подогнанными крыщками со щтоками, гер метично выведенными из камер 2 и 3. Што ки обеспечивают подъем крьппек над сосудами. Равномерное распределение температуры в обеих камерах 2 и 3 достигают благодаря перемешиванию воздуха осевыми венти ляторами 24, подключенными к электросети через выпрямитель 25. Параметры переноса тепла измеряют с помощью термопар 26, подключенных к потенциометру 27 через многоточечный переключатель 28, а влагосодержание среды в камерах 2 и 3 - с помощью датчика 29 влажности, подключенных к блоку 30 индикаторов измерения влажности. Для измерения избыточного давления используют стеклянные манометры 31. Кассета состоит из двух симметричных прижимных рамок 32 из текстолита. Каждую рамку плотно привинчивают к камерам 2,3 болтами 33. Для уплотнения зазора между камерами 2,3 и рамкой 32 црокладьгоают прокладку 34 из пористой листовой резины толщиной 5 мм. Проемы в прижимной рамке 32 до установки исследуемых образцов 35 закрьгоают шиберами 36, которые плотно притягивают к рамкам 32 замками 37. Для уплотнения зазора между прижимной рамкой 32 и шибером 36 на плоскости рамки, примьпсающей к шиберу, уложена прокладка 38 из вакуумной резины толщиной 5 мм. При исследовании образцы 35 с влагои теплоизоляцией укладывают на двух параллельно расположенных уголках 39, свободно перемещаемых внутри карманов 40. В процессе исследования в камерах 2 и 3 создают и поддерживают требуемые темпер атурн о-влажностные параметры. Определение влагосодержания исследуемых материалов осуществляется путём измерения электрофизических величин в виде функциональных зависимостей от параметров массопереноса, например, с помощью прибора 41 для определения электрофизических величин, к которому датчики влажности 42 подключают через многоточечный переключатель 43. Для определения текущего влагосодержания исследуемого материала в виде пакета пластин (образцов 35) пакет разбирают на отдельные пластины, их взвешивают в специальных герметичных кюветах и затем сушат. Это позволяет осуществить контроль за измеряемьми электрофизическими величинами и судить о точности и погрешностях измеряемых величин. Процесс исследования на описанной установке включает следуюшие операции. Подготовленные для исследования образцы 35, например керамические пластины, предварительно сушат в сушильном шкафу. Затем при необходимости их увлажняют дистиллированной водой в герметичной предварительно вакуумиржанной кювете. В увлажненных или сухих пластинах устанавливают по схеме термопары 26 для измерения температур. Образцы собирают из отдельных пластин, распола1 ая между поопеднимикерамические датчики влажности 42. Собранные образцы 35 скрепляют струбцинами и помеш ют в термостат до установления

,заданной температуры и влагосодержания образцов.

После вьтолнения подготовительных операций кассету 4 с образцами 35 устанавливают на направляющие уголки 39. Перемещением подвижной камеры 3 кассету 4 плотно прижимают между камерами 2 и 3 и теплоизолируют. После прсеерки обору- дсжания и измерительных схем установку включают в работу.

В процессе исследования поддерживают требуемые температурно-влажностные параметры окружающих сред и также определяют распределение температуры и влагосо держания в толще исследуемого материала.

В конце опыта после отключения изме рительной аппаратуры подвижную камеру 3 отодвигают по полозьям 5, освобождают кассету 4, а образцы 35 помещают в малые кюветы для взвешивания.

Дополнительным взвешиванием образцов 35 в конце исследования контролируют правильность определения влагосодержания исследуемого материала электрофизическим способом.

В результате осуществления на установке комплекса операций, включающих поддержание необходимых температурно-влажностных условий, соответствующих заданны граничным условиям на поверхностях исследуемого образца, измерения параметров переноса тепла и массы вещества в материале, определяют тепло - и массообменные свойства материала.

Формула изобретения

дисперсных материалах, например, в процессе сушки, содержащая кассету с испытываемым материалом, в котором размешены датчики температуры и симметрично расположенные по обеим её сторонам теплоизолированные камеры с тепловентиляцион ным оборудованием и контрольно- измерительной аппаратурой внутри, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью определения комплексных дифференциальных и интег рапьных характеристик механизма теплои массопереноса, оборудование и аппаратура в каждой камере вьшолнены одинаковыми в виде тепловентиляционной системы с электронагревателями, испарительно-конденсационного контура с водяной ёмкостью замкнутого холодильного контура с низкотемпературным хладагентом, системы регулирования температуры и влажности среды в камерах, а в исследуемом материале размещены датчики электрофизических величин, подключённые к электросети через блок управления.

.г

A:±

+

+

J7

Г

-Je

J2

I(

3$

±

д;

U9.3