Способ определения коэффициента внутреннего теплообмена Советский патент 1982 года по МПК G01N25/00 

(5) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО

fEPflOOBMEHA

1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области измерения тепловых величин для определения коэффициентов теплообмена, и может быть использовано в теплоэнергетике, машиностроении, металлургии и других областях науки и техники.

,Известен способ определения коэффициента внутреннего теплообмена с нагревом образца со стороны выходной по отношению к охладителю поверхности, в соответствии с которым измеряются температуры входной и выходной поверхности образца и темгюратуры газа на входе и выходе из образЦа 1 .

Недостатком этой методики является подогрев газа на входной поверхности, где различие в температурах газа и поверхности составляет несколько десятков градусов,. вследствие чего погрешность определения коэффициента внутреннего обмена велика.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу определения коэффициента внутреннего теплообмена является способ, включающий пропускание холодного газа через образец, нагреваемый от источника излучения с выходной по отношению к охладителю поверхности. Коэффициент внутреннего теплообмена определяется по измеренным расходу газа через образец, температурам входной и выходной поверхности, температуре газа на выходе из образца и рассчитаным тепловой мощности и температуре охладителя на выходе 2.

Недостатком известного способа является низкая точность определения коэффициента внутреннего теплообмена,

Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента внутреннего теплообмена за счет уменьшу ния влияния теплообмена на входе.

Поставленная цель достигается ,тем, что согласно crfbco6y определе38ния коэффициента внутреннего iеплообмена изделий из пористого материала, включающему пропускание охладителя через изделие I нагрев выходной по отношению к течению поверхности, измерение расхода охладителя, тепловой мощности на выходной поверхности, температуры охладителя на входе устанавливают расход охладителя 6,OXg F/CpL G n,92G, где G - расход; Ло эффективная теплопроводность пористого материала; F - площадь фильтрации; Ср - теплоемкость охладителя; L - толщина стенки изделия; G расход, соответствующий установлению на выходе из пористой стенки скорости звук на основании установленного расхода охладителя задают тепловую мощ ность (V.x-Vo) где Q - тепловая мощность; Т - температура входной повер WBX о ности изделия; Т, - температура охладителя на До f входе в образец; К - числовой коэффициент, рав ный точности определения тепловой мощности, %; О. - тепловой поток, при кото ром происходит изменение структуры образца. Коэффициент внутреннего теплообмена oty в общем случае определяется из выражения ; - otv и V{T - Т) где Ц - тепловая мощность на выходную поверхность издели Q - тепловая мощность, затра чиваемая на нагрев охлади теля на входе в изделие; V - объем изделия; Т и Т - среднеинтегральные значеW ния температур материала и охладителя по толщине стенки соответственно. Выполнение условия -тт-( )С G К WBX gr-Q р iQ. означает, что величина Qgj не пр вышает точности определения Q и ею можно пренебречь. Это позволяет пов ить точность определения коэффициена внутреннего теплообмена, поскольу Qву экспериментально не измеряетя и может лишь оцениваться с больой погрешностью. Тогда для определения коэффициена внутреннего теплообмена использутся выражение Q V(TW,- Iv) W Среднеинтегральные значения темератур материала и охладителя полуают из решения системы уравнений епломассопереноса в пористой стенке при граничных условиях: на входе dT,jy/dr, Tgr Т«. на выходе 1 I 0, где q - тепловой поток эф в стенку. На фиг. 1 схематически представлена установка для определенияо/у; на фиг. 2 - зависимости глубины теплового возмущения от удельного расхода на стали Х1811ЛОТ пористостью О, для тепловых потоков q 10 - (кривая 1) и lU -5 (кривая 2). Установка для отеделения содержит источник теплового потока электрическую дугу 1, пористую трубку 2, катод 3, анод Ц, ресивер 5i термопару 6 и прокладки из асбеста 7. Определение коэффициента внутреннего теплообмена проводится следующим образом. Через нагреваемую дугой 1 пористую трубку 2 из ресивера 5 подается охладитель, расход которого измеряется. Термопарой 6 измеряется температура газа на выходе в образец. Измеряется, также тепловой поток на стенку трубки 2. Для того чтобы глубина теплового возмущения Д (расстояние от горячей поверхности до сечения, где Т отличается от Тр, не более, %} не превышала заданную толщину пористой стенки, расход газа устанавливается из условия G 6,ОЛдфР/Ср1 . Пример. Определение коэффициента о(у проводят на образце из стали Х18Н10Т пористостью 0,. Тепловой поток на внутреннюю поверхность образца обеспечивается дугой при токе 100 - 200 А, давление в канале плазматрона составляет 0,1 и I МПа, Через пористую стенку образца и ресивера подают азот. Расход азота для обеспечения условия 6,ОЛдфР/Ср1 а 0,92С при толщине стенки 2,5 мм задают равным 7,5 КГ/М.С при тепловом пото ке 10 Вт/м и 10 кг/м-с при потоке 10 Вт/м (фиг. 2). Тепловой поток регулируют изменением тока дуги и измеряют-датчиком лучистого потока. Контроль за соблюдением условий по расходу и тепловой мощности осущест ляют измерением температуры азота на входе в пористую стенку и температуры внешней поверхности стенки. При избранных расходах 7,5 и Юкг/мТ температура газа и стенки на вхо де равны, т.е. потери тепла на вход исключаются. Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность определения коэффициента внутреннего теплообмена, что дает возможность выбрать оптимальный расход охладителя, т.е. обеспечить работоспособность изделий из пористых материалов при минимальном расходе охладителя. По оценкам точность определения коэффициента внутреннего теплообмена предложенным сгюсобом повышается на 10 - 15 Формула изобретения Способ определения коэффициента внутреннего теплообмена изделий из пористого материала, включающий про пускание охладителя через изделие, нагрев выходной по отношению к тече нию поверхности, измерение расхода охладителя, тепловой мощности на выходной поверхности, температуры охлаждения на входе, отличающийся тем, что, с целью повыочности определения коэффивнутреннего теплообмена, усвают расход охладителя .эфР/Ср1 G 0,92G, расход; эффективная теплопроводность пористого материала; площадь фильтрации; теплоемкость охладителя; толщина стенки изделия; расход, соответствующий установлению на выходе из пористой стенки скорости звука, сновании установленного расладителя задают тепловую мощз условия BX-VO S KP тепловая мощность; температура входной поверх4ности изделия; температура охладителя на входе в образец; числовой коэффициент, равный точности определения тепловой мощности в процентах;тепловой поток, при котором происходит изменение структуры образца. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Дружинин А.С. О расчете внутреннего теплообмена при пористом охлаждении. - Теплоэнергетика, 1961, № 9, с. 73-77. 2, Бойко А.И. и др. Температурное поле пористой пластины, охлаждаемой вдувом в условиях радиационноконвективного нагрева. - ИФЖ, 197i т. 23, 55, 792-800 (прототип).

,/f

3,0

f.ff

if

I

(Pyi.f

yf-P

fff,ff/rr - f.

фуг. г