Устройство для определения локальныхКОэффициЕНТОВ ТЕплООТдАчи Советский патент 1981 года по МПК G01N25/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ КОЭФФИОДЕНТОБ : Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения локальных коэффициентов теплоотдачи между теплообменной поверхностью и с 1ывающей ее средой. Известно устройство для определения локгшьных коэффициентов теплоотдачи, содержащее тепломер для изме рения плотности теплового потока и. дифференциальную термопару дляизмерения разности температур между поверхностью тепломера и омывающей средой, причем тепломер устанавливают заподлицо с поверхностью теплообмена. Устройство позволяет определять коэффицие11ты теплоотдачи при. любом направлении теплового потока (как от объекта к среде, так и наоборот) при исследовании теплообмена тел различной формы, l . Однако в известном устройстве с простым и удобным способом измерения плотности теплового потока чувс вительным тепломером сохраняется из мерение температуры специальным тер зондом, который устанавливают в омы вающем теплообменную поверхность по ке среды, что приводит к искажениям гидродинамических условий в зоне

ТЕПЛООТДАЧИ установки устройства и снижению точности определения коэффициента теплоотдачи. К увеличению погрешностей определения коэффициентов теплоотдачи приводит также необходимость в измерении еигнгшов разных порядков от тепломера и термозонда, что особенно сказывается при исследовании интенсивного теплообмена при малых разностях температур между поверхностью и средой. Кроме того, для устройств, предусматривающих измерение плотности теплового потока и перепада температур,характерен общий недостаток, заключающийся в трудности определения места замера температуры среды для корректного расчета локального коэффициента теплоотдачи. Наиболее близким к предлагаемому является устройствр для определения локальных коэффициентов теплоотдачи, содержащее измерительную ячейку с установленными на температуровыравнивающей пластине тепломерами и регистрирующий прибор 2 и З . Однако такое устройство имеет ограниченное применение. Це.чь изобретения - повышение точности определения локальных коэффициентов теплоотдачи при одновременном упрощении техники подготовки и проведения измерений. „- Поставленная цель достигается тем что в устройстве для определения локальных коэффициентов теплоотдачи,со держащем измерительную ячейку с установленными на температуровыравнивающей пластине тепломерами и регистрирующий прибор, измерительная ячейка выполнена многослойной, состоящей из поочередно чередуклдихся теплсмеров и температуровыравнивающих пластин, причем около одного из тепломеров смонтирован тепловой шунт.

Тепловой шунт и температуровыравнивающая пластина между теплометриче кими элементами могут быть выполнены в виде одной детали.

На чертеже изображено предлагаемо устройство.

Устройство содержит теплометрические элементы 1 и 2, соединенные последовательно по тепловому потоку, и тепловой шунт 3, включенный параллельно по тепловому потоку с тепломе рическим элементом 2. Теплометркческий элемент 2 и тепловой шунт 3 смонтированы на температуровыравнивающей пластине 4, выполненной из высокотеплопроводного материала. Оба теплометрических элемента 1 и 2, тепловой шунт 3, температуровыравнивакицие пластины 4 и 5 смонтированы в теплоизоляционном корпусе 6, который служит для уменьшения теплопритоков через боковые поверхности теплометрических элементов и теплового шунта. Теплометрический элемент 1 контактирует через температуровыравнвающую пластину 5 с поверхностью исследуемого объекта 7. Т&ким образом, измерительная ячейка выполнена многослойной из поочередно чередоющихся тепломеров и температуровыравнивающих пластин.

Для определения локального коэффициента теплоотдачи между поверхностью раздела и движущейся средой предлагаемое устройство устанавливают на исследуемый объект заподлицо с поверхностью. Если устройство по каким-либо причинам приходится устанавливать непосредственно на поверхности раздела, то образовавшийся уступ необходимо сгладить, например, эпоксидной смолой и подходящим

по теплофизическим характеристикам заполнителем для предотвращения изменения гидродинамического пограничjioro слоя.

При расположении теплсметрического элемента 2 и теплового шунта 3 на общей изотермической поверхности температуровЕфавнивагацей пластины 4 плотности теплового потока, пронизывающе го шунт),ш и теплометрический эл

мент cj,p , могут быть определены по уравнениям

, ( C iu-t-l/ot)

W

-1 CV,,u-t(,RT-t-1/oi)

где л-fc - разность между температурой омывающей среды tш и температурой поверхности температуровыравнивающей пластины to, контактирующей с теплометрическим элементом и тепловьйл шунтом J Rjy - термическое сопротивление

.теплового шунта; R-J- - термическое сопротивление

теплометрического элемента; dL - локальный коэффициент теплоотдачи.

Плотность теплового потока, пронизывающего тепловой шунт, может быть определена по уравнению

ЯД Яшш-%Ср-ри.), а

где F - суммарнс1я площадь теплометрического элемента 2 и теплового шунта 3,

Рщ - плсяцадь теплового шунта 3/ л - плотность теплового потока,

проходящего через теплометрический элемент 1,

Совместное решение приведенных выше уравнений относительно коэффициента теплоотдачи ci. позволяет получить расчетную формулу

.ГСДт-Кш)Рш р Т- , . U(VJCViH)F ш1

В предлагаемом устройстве возможен вариант изготовления теплового шунта 3 и температуровыравнивающей пластины 4 в виде одной детали из высокотеплопроводного материала (меди, серебра, алкмкнкя . В этом случае термическое сопротивление теплового шунта RUJ значительно меньше термического сопротивления теплометрического элемента. ftj-, что позволяет в приведенной расчетной формуле пренебречь его величиной и записать уравнение (3) в виде

Ccv./cVi-l) W

оСВ качестве теплометрических элементов использованы термоэлектрические батарейные тепломеры. .При пронизывании теплометрического элемента тепловым потоком генерируется термо-ЭДС, пропорциональная, его плотности. Плотность измеряемого теплового потока вычисляется по формуле

q-Kpfi, (5) где Кр - рабочий коэффициент тешкз метрического элемента, С - сигнал теплометрического элемента. Исходя из формулы (5), отношение плотностей тегогового потока можноза писать в виде IV e - ilea где К - коэффициент заявляемого устройства, равный отношению рабочих коэффициентов К2 и теплометрических элементов 1 и 2. 6 и &-сигналы теплометрических эле ментов 1 и 2. Заменив в уравнениях (3) и (4) отношение плотностей теплового потока отнсшение / термоэлектрических сигналов соответствующих теплометрических элементоЁ, получают еледуквдие выражения для расчета коэффициента теплоотдачи . riSrlaubL-o Т 4(.Kei|ei-i4F ш и если RVU т f -- ( При проектировании устройств для определения локальных коэффициентов теплоотдачи выбор геометрических раз меров шунта и теплометрических элементов, а также термического сопротивления теплометрического элемента R для устройства с тепловым шунтом и температуровыравнивагадей пластиной, выполненными в виде одной детали из высокотеплопроводного материала, осуществляют по соответствующей номограмме, Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличить точность определения локальных коэффициентов теплоотдачи до 10% при одновременном упрощении техники измерений, что сокращаёт время проведения экспериментов в 1,5 раза. Увеличение точности определения коэффициента теплоотдачи достигается тем, что измерения производят в невозмущеннсян потоке среды, .омывающей поверхность теплообмена, благодаря .отсутствию термозондов в омывающем пбтоке, а также за счет того, что при вычислении величины локального коэффициента теплоотдачи по расчетным формулам (7) и () в числитель и знаменатель отношения 8-2 подставляются величины одного порядка, измеренные одним вторичным прибором. Упрощение техники подгсзтовки и проведения измерений достигается за счет исключения из измерительной схемы термозондов для измерения температуры О1 «лвающей среды, что приводит к снижению затрат рабочего времени на подготовку эксперимента. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет сократить затраты на вторичную аппарат уру с одновременным сокращением трудозатрат на измерения и обработку опытных данных. Формула изобретения Устройство для определения локальных коэффициентов теплоотдачи, содержащее измерительную ячейку с установленными на температуровьфавнивающей пластине тепломерами и регистрирукнций прибор, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности измерения, измерительная ячейка выполнена многослойной, состоящей из поочередно чередующихся тепломеров к температуровыравниваювдих пластин , причем около одного из тепломеров смонтирован тепйовой шунт. Источники инфopмaции принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 147009, кл. G 01 К 17/00, 1960. 2.Федоров В.Г. Теплометрия в пищевой промышленности. М., Пищевая прсялыиотенность, 1974, с. 143. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2795070/25/100200, кл. G 01 М 25/18, 05.07.79 (прототип)..