Способ определения коэффициентов теплообмена в проницаемых средах

 

йВ (1!1

tXNOS СОВЕТСНИХ

NWN

РЕСПУБЛИН

Зав С 01 Н 25 8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA (21) 337Я084/18-25 (22) 04.01.82 (46) 23.08.83; Бюл. Ю 31 (72) И.И. Федик, В.П. Исаков, С.Т. Щетникова и О.И. Шанин (53) 536.6(088.8) (56) 1. Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарно и кипящим зернистьм слоем. Л., 1968, с 420.

2. Там ие, с. 114.(прототип).

I(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛООБИЕНА В ПРОНИЦАЕМЫХ

СРЕДАХ, заключающийся в том, что вводят в поток вещество, сорбирующееся на поверхности материала проницаемой среды, и вычисляют коэффициенты теплообмена по распределению сорбнрующегося вещества, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и экспрессности определения, в качестве материала проницаемой среды используют катионообменные смолы, через которые прокачнвают в течение

100-500 С водный раствор карбоната натрия концентрацией 0 5-1,0 r/ë, после чего зерна смолы обрабатывают соляной кислотой, определяют массу натрия в.растворе соляной кислоты, измеряют диаметры зерен, а коэффициенты теплообмена определяют по Фор-

- муле". гв где vn — масса натрия, сорбирующего-. ся на зерна смолы с поверхностью за время прокачки У; — коэффициент теплопроводнос- Е ти раствора карбоната натрияр

l) — коэффициент диффузии натрия в водном растворе1

С - концентрация карбоната натрия в растворе.

1037153

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для измерения распределения коэффициентов теплообмена в проницаемых средах, например в зернистом слое, н продольном и поперечном направлениях.

Известен способ определения коэффициентов теплообмена в слое шарон по уносу нафталина из сегментов, вмонтированных в исследуемый шар(.1). 10

Недостатками известного способа являются низкая точность определения, длительность операций и их трудоем" кость.

Наиболее близким к предлагаемому (5 по технической сущности является способ определения коэффициентов теплообмена, заключающийся в том, что ннодят в поток вещество, сорбирующееся на поверхности материала проницаемой среды, и вычисляют коэффициенты теплообмена по распределению сорбирующегося вещества $2(.

Недостатками известного способа являются трудоемкость операций, свя занная с нанесением сорбирующегося вещества материала на поверхность, и невысокая точность.

Целью изобретения является повышение точности и экспрессности определения коэффициентов теплообмена.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в тОм, что вводят в поток вещество, сорбирующееся на поверхности материала проницаемой среды, и вычисляют коэффициенты теплообмена по распределению сорбирующегося вещества, в качестве материала проницаемой среды используют катионообменные смолы, через которые прокачинают в течение 4()

100-500ОС водный раствор карбоната натрия с концентрацией 0,5-1, 0 г/л, после чего зерна смолы обрабатывают соляной кислотой, определяют массу натрия н растворе. соляной кисло- 45 ты атомно-адсорбционным методом, измеряют диаметры зерен, а коэффициенты теплообмена определяют по формуле

rn .(— —,1

DC 50 где и — масса натрия, сорбирующегося на зерне с поверхностью S за время прокачки Т;

А — коэффициент теплопронодности раствора карбоната натрияр

Э вЂ” коэффициент диффузии натрия в водном растворе;

С - концентрация карбоната натрия в растворе.

Использование катиоыообменных смол позволяет обеспечить сорбцию иона натрия со скоростью, зависящей от интенсивности массообмена ядра потока с поверхностью зерна. При этом для небольших концентраций (С 10„ ) сорбирующего иона н растворе сорбция осуществляется только на поверхности зерна ввиду небольших количеств сор" бируемого на каждое зерно иона. Уравнение массового баланса имеет вид

"- p(c.- с }

76 (1) где и — масса натрия, сорбирующвгося на зерне с поверхностью 8 за время прокачки С )

С -, концентрация натрия на по верхности зерна.

Определяя из (1) величину /, коэффициент теплопроводности распределяется из уравнения

Если C <с С, то (2) преобразуется к виду

Ы, (.

<=- л ъ (3)

Условие Q C выполняется при временах прокачки раствора концентраций 10 менее 500 с. При этом концентрация натрия в солянокислом растворе оказывается на уронне 10

10 г/л — на пределе чунствительнос ти определения натрия атомно-адсорбционным методом. При временах прокачки менее 100 с чувствительность метода не обеспечивает надежное определение содержания натрия в солянокислом растворе. Вследствие этого выбирается нижний предел концентрации карбоната натрия н исходном растворе.

После определения коэффициентов теплообмена для водного раствора карбоната натрия расчет коэффициентов теплообмена для любой другой фазы проводится с использованием методов теории подобия.

Пример. В колонке диаметром

8 мм размещают зерна смолы КБ-4 диаметром 1 мм. Высота засыпки 10 мм.

Через колонку прокачивают водный раствор карбоната натрия при концентрации раствора 0,3-1,5 г/л с линейной скоростью раствора 1-60 см/с.

При каждой прокачке определяют концентрацию натрия на выходе из колонки, чтобы убедиться н постоянстве концентрации в уравнении (3).

После прокачек засыпку разбирают, фиксируя положение каждого зерна по высоте и радиусу колонки, измеряют

его диаметр под микроскопом и помещают каждое зерно в 2%-ный раствор соляной кислоты. Концентрацию натрия в растворе определяют атомно-адсорбционным методом, распыляя раствор и фиксируя поглощение характерных линий спектра натриевой лампы. Время определения 1 мин. В таблице представлены параметры экспериментов по определению коэффициентов:теплообмена в пористых засыпках.

Как следует из данных таблицы, при концентрациях исходного раствора

1037153

Таким образом, предложенный спо" соб определения коэффициентов теплообмена в проницаемых средах обладает повышенными зкспрессиостью и точностью определения по сравнению с известным.

Концентрация +4СОЗ

Скорость поток а, см/с

Время Содержание про- натрия на качки, с зерне, мг

Погрешность измерений, % на входе на выходе

min max

10 о,г

:0,3

10-3

0 5

0,5

40 ф

4 ° 10

1,5

3.,5

550

1,5 10

1,5-10 8

li0

1,0

150 — 2.

0,8

0,8

200

8 ° 10

ОР7

450

0,7

5 10 10

-й

1 5 10 . 10

0,6

0,6

100

0,9

0 9

250

Составитель А. Платова

Редактор С. Патрушева Техредй.Костик Корректор A Ференц

Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретениЯ и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6000/45

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ь менее О, 5 г/л и более 1, 0 г/л погреш» ность измерений возрастает. При уменьшении времени прокачки менее

100 с и при увеличении более 500 с погрешность также возрастает.

- .?.

4 10 и

3 ° 10 а

3 ° 103

3 10

9 .10