Способ определения коэффициента внутреннего теплообмена Советский патент 1982 года по МПК G01N25/18 

(5) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО

ТЕПЛООБМЕНА

. Изобретение относится к измери- тельной технике, а именно к измерению величин для определения коэффициента теплообмена, и может «быть ис пользовано в теплоэнергетике, машино строении, металлургии и других облас тях науки и техники. Известен способ определения коэффициента внутреннего теплообмена oL включающий нагрев образца токами высокой частоты от индуктора и пропускание через пористый материал охладителя. Определение d в известном способе проводится по измеренным температурам входной и выходной поверхностей образца и температуры газа на входе и выходе из образца tH. Известный способ характеризуегся невысокой точностью определения коэффи-циента d. связанной со значительными погрешностями измерения тем ператур проницаемых поверхностей при вдуве через них газа термопарами., Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ определения коэффициента внутреннего теплообмена, включающий нагрев пористого образца и пропускание через него газа {23. Данный .способ характеризуется невысокой точностью определения коэффициента внутреннего теплообмена . Температура поверхностей в различных точках образца неодинакова. Это связано с оттоком (подводом) тепла через сопряженные с образцом детали экспериментального узла, неоднородностью материала (отклонение по пористости приводит к отклонению расхода на локальном участке от среднего значения). Для определения средних температур поверхностей образца и температур газа на входе и вы.ходе необходимо размещать на поверхности м вблизи нее большое количество термопар,что существенно усложняет устройство и проведение эксперимента. Кроме того, измерение температур поверхностей термопарами существенно снижает точность определения А за счет отклонений темпер.атур из термопарных измерений от истинных. Причинами погрешностей термопарных измерений в этом случае являются -отток тепла гю электродам термопар, обдуваемых газом, загромо)дение пор спаем термопар, так как размеры спая на порядок и более могут превышать размеры пор. Использование оптических методов измерения полей температуры поверхностей ограничено низким уровнем температуры поверхности (20-200 С), необходимостью измерения коэффициентов излучательной способности материала, недоступностью для измерений внутренней поверхности цилиндрических образцов. Целью изобретения является повы.шение точности определения коэффициента внутреннего теплообмена. I . , .. Цель достигается тем, что соглас но способу определения коэффициента внутреннего теплообмена, включающему нагрев пористого образца и пропускание через него газа, опреде ляют коэффициент электросопротивления в процессе нагрева образца бе пропускания газа, затем без нагрева образца пропускают газ и определяют коэффициент гидравлического сопротивления и далее через нагреваемый образец пропускают газ, измеряют давление на входе и выходе из образца, ток и падение напряжения на образце и по измеренным значениям давлений, тока и напряжения, коэффициентов гидравлического сопротивления и электросопротиЁления вычисляют средние по объему образца температуры материала и газа, а коэффициент внутреннего теплообмена вычисляют по формуле . Q/V CTs)(,-Tg), где AV коэффициент внутреннего теплообмена; Q - количество тепла; V - объем образца; V ТА соответственно средние по объему температуры материала и газа. 8 Среднюю по объ.ему образца темпеатуру материала вычисляют по формуеT,1 ,uU F ч q, W f Po J + средняя температура материала ; , . температурный коэффициент электросопротивления; падение напряжения по длине образца; ток через образец; площадь сечения образца; длина образца; уровень температуры, от которого определяется подогрев материала; удельное электросопротивление материала при этой температуре, а среднюю по объему образца температуру газа - по формуле Ж средняя температура газа; давление газа на входе в образец; давление газа на выходе из образца; коэффициент гидравлического сопротивления пористого материала;. газовая постоянная; удельный расход газа. Уровень температуры, от которого определяется подогрев материала (Tyyjj), принимается равн1ым характерной температуре теплового режима,например, средней по объему образца температуре газа (Тд), которая близка к температуре Материала и поэтому в интервале между ними можно воспользоваться Л1 нейной интерполяцией зависимости электросопротивления от тем-, пературы. Если температурный коэффициент электросопротивления (А) и коэффи- циент гидравлического сопротивления исследуемого пористого материала неизвестны, то температурный коэффициент электросопротивления пористого материала определяется отдельно по известной методике с измерением тока через образец и падения напряжения на образце в изотермических условиях, т.е. когда температура материала по обьему образца постоянна, коэффициенты гидравлическогосопротивления - по известной методике с измерением перепада давления и расхода без нагрева образца.5 На чертеже представлена схема установки для осуществления способа определения коэффициента dy. Установка состоит из цилиндрического пористого образца 1, верхнего 2 0 и нижнего 3 переходника, рабочей камеры , расходомерного узла 5«дифференциального манометра 6, шунта 7, потенциальных выводов 8. Образец 1 соединен с лэреходни- 5 ками 2 и 3, являющимися токоподводами и содержащими отверстия для подачи охладителя во внутреннюю полость; образца 1 и измерения давления в этой полости. Узел с образцом размещается 20 в полости камеры. , предохраняющей материал образца от взаимодействия с воздухом. К образцу присоединены, например, приварены, потенциальнь1е выводы 8 для измерения падения напря-г 25 жения. Пропускаемый через образец ток измеряется с помощью последовательно подсоединенного шунта 7, расход газа через образец измеряется расходомерным устройством 5, например,мер- зо ной шайбой, перепад давления на прристой стенке дифференциальным манометром 6. Предлагаемый способ осуществляется jj на приведенной установке следующим образом. Пропусканием холодного газа через пористый образец 1 без нагрева его током определяется коэффициент гидравлического сопротивления для различных значений расхода по измеря емому расходу расходомером 5 и перепаду давления дифференциальным манометром 6. Затем без пропускания газа через образец 1 последний нагревается током и по измерениям на шунте току и на потенциальных выводах 8 падения напряжения определяется тем пературный коэффициент электросопротивления А. Далее пропускают газ через нагреваемый током образец, измеряют ток 3 падение напряжения дЦ на длине образца, расход Газа через образец, давление на входе в образец на выходе из образц:а Р асчет средней по объему темперы материала проводят по форму1 гди ь (т Т - площадь перпендикулярного оси сечения образца; уровень температуры, от которого определяется подогрев материала; удельное электросопротивление материала при этой температуре, расчет средней по объему температуры газа - по формуле )/fRm Вых R - газовая постоянна ; m - расход газа, отнесенный к площади боковой поверхности образца. ычисления коэффициента теплообмероводят по формуле Av Q/V CVTg) , Q - количество тепла, поступающего на образец в единицу времени; V - объем образца. агрев образца может проводиться пропусканием тока, так и другими обами, например, за счет, луого теплового потока на поверхь образца. Формула изобретения 1. Способ определения коэффициента внутреннего теплообмена, включающий нагрев пористого образца и про- пускание через него газа, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, определяют коэффициент электросопротивления в процессе нагрева образца без пропускания газа, затем без нагрева образца пропускают газ и определяют коэффициент гидравлического сопротивления, и далее через нагреваемый образец пропускают газ, измеряют давление на входе и выходе из образца,ток и падение напряжения на образце и по измеренным значениям давлений, тока и напряжения, коэффициентов гидравлического сопротивления и электросопротивления вычисляют средние по объему образца температуры материала и газа, и коэффициент внутреннего теплообмена dy вычисляют по формуле iv Q/V (VTg), где Q - количество тепла,поступающего на образец в единицу времени; V - объбм образца; Т,Т - соотвтственно средние по объему температуры материала и газа 2. Способ по П.1, отличающийся тем, что среднюю по объему образца температуру материала вычисляют по формуле f-Jo) А Т средняя температура образца, К; температурный коэффициент электросопротивления, Ом.м/К; падение напряжения на длине образца, б; ток через образец, А; площадь сечения образца, 30 Ис длина образца,м;ци уровень температуры, от которого определяется по920488пе гд пр вы ци по вы догрев материала. К; Рд - удельное электросопротивление материала при этой температура, а среднюю по объему образца тематуру газа - по формуле ТА (Р -Рб1х) средняя температура за, к; давление газа на входе в образец. Па; давление газа на выходе из образца. Па; коэффициент гидравлического сопротивления пористого материала; газовая постоянная, Дж/кг.К; m - удельный расход газа, кг/м.с. Источники информации, нятые во внимание при экспертизе 1.Дезидерьев С.Г. и др. Известия ших учебных заведений. Сер. Авианная техника, 1975. Ь 3 36-39. 2.Галицейский Б.М., Ушаков А.Н. ледование стационарных и нестанарных процессов теплообмена в истых элементах. Сб. трудов МАИ, . 463, 1978, с. 48-52 .(прототип).