Способ определения эффективной поперечной теплопроводности теплоносителя в пористой среде
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ПОПЕРЕЧНОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ .В ПОРИСТОЙ СРЕДЕ, заключающийся в том, что через канал, заполненный пористой средой, прокачивают в одном направлении с одинаковой скоростью два потока теплоносителя со среднемассовыми температурами Т, , Т соответственно и проводят измерения температуры теплоносителя, по которым судят об искомом параметре, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и быстродействия определения, указанные потоки смешивают на участке шириной h и длиной рСрСОЬ L 4и П-Л вновь разделяют на два потока, измеряют скорость теплоносителя, среднемассовую температуру каждого потока на выходе из канала и по измеренным параметрам вычисляют искомую величину по формуле л irb f лТ 2 P p mlvTT) , . где Л -: коэффициент поперечной теплопроводности теплоносителя, П - ширина участка смешения; L - длина участка смешенияJ § П - пористость; Р - плотность теплоносителя; (П Ср - теплоемкость теплоносителя, СО - скорость теплоносителя, равная отношению его объемного расхода к площади поперечного сечения участка смешения; J среднемассовые температуры холодного и горячего потоков теплоносителя перед участком смешения (); Т, среднемассовые температуры 6 Ч холодного и горячего потоков теплоносителя на выходе участка смешения ( Т, Т ). t., -- -Т,- изменение среднемассовых температур потоков теплоносителя на участке смещения.
союз сонктсних
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РКСПУЬЛИН (19) (11) (51) 4 G 01 N 25/18 где %
L
P с
ТТ
Т,,Т
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HGMHTET СССР (21) 3609717/18-25 (22) 21.06.83 (46) 23. 12.85. Бюл. 1Ф 47 (71) Московский ордена. Трудового
Красного Знаглени инженерно-физический институт (72) В.В. Кирилов, A.A. Плаксеев, В.В. Харитонов и С.В. Алексеев (53) 535.2(088.8) (56) Аэров М.Э. и др. Аппараты со стационарным зернистым слоем. Л., "Химия", 1979, с. 176.
Johes R.Ñ., Yis J., I1assey Т.Н.
An experimental investigation of
thermal mixing in cross-flow tube
banks. — "6(:h Jnt Heat Trausfer
Conf", Toronto, 1978, vol. 4, р.255?60. (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ
ПОПЕРЕЧНОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ .В ПОРИСТОЙ СРЕДЕ, заключающийся н том, что через канал, заполненный пористой средой, прокачивают в одном направлении с одинаковой скоростью два потока теплоносителя со среднемассовыми температурами Т,, соответственно и проводят измерения температуры теплоносителя, по которым судят об искомом параметре, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и быстродействия определения, указанные потоки смешивают на участке шириной
h и длиной C pe 47iпq вновь разделяют на два потока, измеряют скорость теплоносителя, среднемассовую температуру каждого потока на выходе из канала и по измеренным параметрам вычисляют искомую величину по формуле коэффициент поперечной теплопроводности теплоносителя ширина участка смешения; длина участка смешения, пористость; плотность теплоносителя; теплоемкость теплоносителя, скорость теплоносителя, равная отношению его объемного расхода к площади поперечного сечения участка смешения, — среднемассовые температуры холодного и горячего потоков теплоносителя перед участком смешения (Т, c Tz ); среднемассовые температуры холодного и горячего потоков теплоносителя на выходе участка смешения (Т с Т+ ). изменение среднемассовых температур потоков теплоносителя на участке смещения, 1122103 Изобретение относится к области энергетики и измерительной техники, точнее к методам. исследования процессов теплопереноса при движении теплоносителя в пористой среде, и может быть использовано при разработке новых теплообменников, а также при определении гидродинамических характеристик течения в пористых телах различной структуры. Известен способ определения эффективной поперечной теплопроводности теплоносителя в пористой среде, явля: чйся базовым, ло результатам изб.ренин поля температур в пористом, азце, с новь который прокачиваетси теплоноситель. При движении сквозь ,:.. ристый слой теплоноситель нагреваг я или охлаждается через внешние с.генки аппарата. Разработаны различные варианты этого способа.. Способу присущ существенный недостаток, зак.пючающнйся в необходимости определения "температурного поля внутри пори.-..того образца, что существенно усложняет устройство и проведение эксперимента и приводит к большой погрешности измерения. Пниболее близким техническим решением является способ определения эффективной поперечной теплопроводности теплоносителя в пористой среде, заключающийся в том, что через канал, заполненный пористой средой, прокачивают в одном направлении с одинаковой скоростью два потока теплоносителя:,со среднемассовыми температурами Т1 и 1 соответственно и по профилю температур в канале определяют искомый параметр.. При одностороннем перемещении двух динамически побочных смешивающихся сред через пористую среду первоначально резко выделенная поверхность раздела вырождается в широкую зону смешения. Этот процесс очень близок к диффузии, но он происходит значительно интенсивнее иэ-за существования конвективного перемешивания. Для опрецеления поля температуры теплоносителя необходимо размещать. в пористом образце большое количество термопар, что существенно усложняет устройство и проведение эксперимента. Кроме того, неизбежны отклонения температур, измеренных термопарами, от истинных. Причиличину по формуле 45 10 ет 2 Ъ- ()0 Qâ z где h коэффициент поперечной теплопроводности теплоносителя; ширина участка смешения, длина участка смешения, пористость, плотность теплоносителя, теплоемкость теплоноси50 L р Г 55 теля; W — скорость теплоносителя, равная отношению его объемнами погрешностей в этом случае являются отток тепла по электродам термопар, обдуваемых теплоносителем, нарушения внутренней структуры пористого образца как механической обработкой, необходимой для установки термопар, так и вследствие загромождения пор спаем термопар, так как размеры спая могут значи1О тельно превышать размеры пор. Кроме того, погрешность измерения обусловлена и дискретностью системы, состоящей из отдельных зерен. Таким образом, данный способ характеризу15 ется сложностью, низкой надежност и.низкой точностью определения коэффициента эффективной поперечной теплопроводности теплоносителя, движущегося в пористой среде. 20 .Целью изобретения является увеличение точности и быстродействие определения эффективной поперечной теплопроводности теплоносителя в пористой среде. 25 Цель достигается тем, что в спо- собе определения эффективной поперечной теплопроводности теплоносителя в пористой среде, заключающемся в том, что через канал, заполЗО ненный пористой средой, прокачивают в бдном направлении с одинаковой скоростью два потока теплоносителя со среднемассовыми.температурами и Т соответственно и проводят измеренйя температуры теплоносителя. указанные потоки смешивают на участке шириной 11 и длиной рСрсо и -А 40 вновь разделяют на два потока, измеряют скорость теплоносителя, среднемассовую температуру каждого потока на выходе иэ канала и по измеренным параметрам вычисляют искомую ве1122103 ного расхода к плотности поееречного сечения участка смешения;. Т, Т вЂ” среднемассовые температуры холодного и горячего пото. — . ° ков. теплоносителя перед участком. смешения (Т, с Т ); Т,Т вЂ” среднемассовые температуры холодного и горячего потоков теплоносителей на выходе участка смешения (т . т+). ьт-тз т,= =т;т - изменение среднемассовых температур .потоков теплоно,сителя на участке смешения. Принцип определения. эффективной поперечной теплопроводноети движуще- . гося в пористой среде. теплоносителя с помощью предлагаемого способа заключается в измерении скорости фильтрации теплоносителя и среднемассовых температур потоков горячЕго и холодного теплоносителя на входе и выходе экспериментального участка, которые могут быть измерены со значительно. меньшей погрешнбстью, чем профиль температуры теплоносителя в .пористой среде. Существенно также то,что при этом не нарушается внутренняя структура образца. Формула (1) вытекает из следующих соображений. При смешении двух динамических подобных полубесконечных сред, имеющих разные температуры T и Т, первоначально. резко выделенная поверхность раздела вырожда— ется в широкую зону смешения. Ширина зоны смешения пропорциональна квадратному корню из пройденного расстоя- 7i и h X е(.q=n "" рСр„. (2) где X — расстояние от начала участка . смешения в направлении движения теплоносителя. Вне зоны смешения температура теплоносителя не изменяется. Внутри зоны смешения температурное поле описывается выражением т, т, т,-т T(x,qf= + elf (3) 24п х/р ри где Y — расстояние от поверхности раздела горячего и холодного теплоносителя. При условии одинаковых расходов горячего и холодного теплоносителей получим, что в обоих случаях измене» ние среднемассовой температуры потоков одинаково и равно 5 йТ=Т3 Т,= Т,-Т„= (Т,-Т,1 4 % L (д) 4 (5) 1 L- (6) 4til% До и после участка смешения потоки теплоносителя разделяются тонки4О ми герметичными нетеплопроводными перегородками 3 ° П р .и м е р. измерения коэффициента поперечной (вдоль стержней) теплопроводности теплоносителя про4> водят для двух щеточных структур со следующими параметрами: d = 3 мм, б = 7 мм, П = 0,85, d = 5 мм, б = 7 мм, П = 0,6, где J — диаметр стержней; 5 — шаг между стержнями. В обоих случаях стержни располагают в коридорном порядке. После прохождения участка смешения потоки теплоносителя имеют не55 равномерный по сечению профиль температуры. Поэтому измерение среднемассовой температуры производится на выходе из каналов (в смесителяхВыражая из соотношения (4) Ь приходим к окончательной формуле (I). На чертеже изображен общий вид экспериментального канала, заполненного пористой средой и использованного для проверки предлагаемого способа определения эффективной попе- речной теплопроводности теплоносителя в пористой среде. Внешний корпус канала 1 изготовлен из теплоизоляционного материала. Пористая вставка имеет щеточную структуру и образована пластмассовыми стержня20 ми 2. В канале на входе и выходе по оси установлены тонкие нетепло проводные перегородки 3. Для обеспечения точности измерения требуется определенное соотношение между шириной зоны смешения 6 (ь ), ее длиной l и шириной канала участка смешения h, заполненного пористой средой Йй(Ц=2 рС и Таким образом, длина и ширина участка смешения определяются из условия 1122103 Л= ос>и6 перестает зависеть от числа 1 ейнольдса и равен Л = 0,04 0,01 Техред М.Пароцай Редактор О. Юркова Корректор И.Эрдейи Заказ 8 Зб/3 Тираж 89б ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий l13035, Москва, Ж-35, Раушская .наб., д. 4/5 Подписное Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 теплоизолиpованных емкостях большого объема). 1 авенство скоростей холодного и горячего потоков теплоносителя регулируется по равенству объемных расходов, одинаковому изменению температуры обоих потоков, а также по перепаду давлений на рабочем участке. Б качестве теплоносителя исполь".укт воду. На один из входов поступает вода с температурой 10 С. Температура в:оды, подаваемой на другой вход, меняется от опыта к опыту в о ! :ð."è.":.ë < - 0 с. Измерения провоге .поел Гейнольдса Бе--1 48! V =- 400-3500, где Ч вЂ” кине— мати recTcas вязкость. Т .мпературы на выходе получают -по фС, Т„до 40 С для случая, когда ф о температуры на входе были Т = 10 С, — бО С, а для случая Т, = 10, Г =20 соответственно на выходе Г = 12 С, Т = 18 С ° Установлено, что в области развитогс турбулентного течения (при Re>10 ) безразмерный коэффициент поперечной (вдоль стержней) теплопроводности теплоноси.,"еля в щеточной структуре Таким образом, способ определения коэффициента поперечной теплопроводности теплоносителя в пористой среде по сравнению с прототипом и базовы -r объектом отличается предельной простотой осуществления — вместо определения поля температуры теплоносителя внутри пористого образпа (что сопряжено с большими техническими трудностями), измеряется температура теплоносителя на входе и выходе. Следовательно, способ имеет высокую на— дежность, обладает повышенной точ— ностью (б ), так как температура теплоносителя вне пористого образца может быть измерена со значительно меньшей погрешностью, чем поле температуры внутри него, что увеличиьает достоверность полученных результатов без нарушения внутренней структуры пористого образца (при установ— ке термопар), что также уменьшает погрешность измерения.
