Способ определения эффективной поперечной теплопроводности жидкости в пористой среде

 

Изобретение относится к области измерительной техники, к способам исследования процессов теплои массопереноса при движении теплоносителя или раствора в пористых средах и может быть применено в химической и энергетической промышленности. Целью изобретения является повышение точности определения эффективной поперечной теплопроводности жидкости, прокачиваемой в пористой среде, за счет исключения влияния температурной зависимости вязкости жидкости и теплопроводности материала каркаса. Через канал, заполненный пористой средой,в одном направлении с одинаковой ског ростью и температурой прокачивают два потока жидкости. Затем потоки смешивают . Вновь разделяют на два потока, измеряют скорость фильтрации. В один из потоков в заданном интервале времени по произвольному закону времени вводят заданное количество индикатора . А потоки смешивают на участке длиной 1, которая удовлетворяет условию нестабилизированного массообмена потоков , 0,5, где М - количество вещества индикатора, введенное в поток жидкости перед смешением , М,, М - количество вещества индикатора, растворенного в потоках лсидкости за участком смешенил для первого (в который вводили индикатор перед смешением) и второго потоков соответственно, причем М, М, 1 ил. с С со о СлЗ со ю

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 G О! N 25/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3865257/31-25 (22) 11.03.85 (46) 15.04.87. Бюл. № 14 (71) Московский инженерно-физический институт (72) В.В. Воскобойников, А.А. Плаксеев, B.Н. Федосеев и В.В. Харитонов (53) 536.6(088.8) (56) Аэров M.Э. и др. Аппараты со стационарным зернистым слоем. Л.: Химия, 1979, с. 176.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1122103, кл. G 01 N 25/18, 1983. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ

ПОПЕРЕЧНОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЖИДКОСТИ

В ПОРИСТОЙ СРЕДЕ (57) Изобретение относится к области измерительной техники, к способам исследования процессов тепло- и массопереноса при движении теплоносителя или раствора в пористых средах и может быть применено в химической и энергетической промьппленности. Целью изобретения является повышение точности определения эффективной попе К 130 21 А1 речной теплопроводности жидкости, прокачиваемой в пористой среде, за счет исключения влияния температурной зависимости вязкости жидкости и теплопроводности материала каркаса. Через канал, заполненный пористой средой,в одном направлении с одинаковой ско-, ростью и температурой прокачивают два потока жидкости. Затем потоки смешивают. Вновь разделяют на два потока, измеряют скорость фильтрации. В один из потоков в заданном интервале времени по произвольному закону времени вводят заданное количество индикатора. А потоки смешивают на участке длиной 1, которая удовлетворяет условию нестабилизированного массообмена потоков Mg/М, +М =М /М с0,5, где М0 количество вещества индикатора, введенное в поток жидкости перед смешением, М, М вЂ” количество вещества индикатора, растворенного в потоках жидкости за участком смешения для первого (в который вводили индикатор перед смешением) и второго потоков соответственно, причем M„) M

1 ил.

1303921

Mî,М1+M2

М2 Vg Ng

Mî 1 > +V >г

Mg Mg 1

М1 +М2 мо 2

4 с—

l х а в=0

55" (2п + 1)

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к способам исследования процессов тепломассопереноса при движении теплоносителя или раствора в пористой среде, и может быть использовано при разработке новых теплообменников, реакторов в химическом производстве, а также при определении гидродинамических характеристик течения в пористых телах различных структур.

Целью изобретения является повышение точности и надежности определяемой эффективной поперечной теплопроводности жидкости, используемой в качестве теплоносителя, прокачиваемой в пористой среде за счет исключения влияния температурной зависимости жидкости и теплопроводности материала пористой среды на измеряемые в опытах величины.

На фиг. 1 изображен рабочий канал устройства определения коэффициента эффективной поперечной теплопроводнос ти жидкости в пористой среде; на фиг. 2 — измерительная схема устройства.

Рабочий канал (фиг. 1) имеет внешний корпус 1, который изготовлен из оргстекла и состоит из двух половинок, склеенных между собой эпоксидным клеем. До и после участка смеше.ния канал разделен диафрагмой 2 иэ латунной фольги толщиной 0,1 мм, которая заделана между половинками внеш него корпуса и исключает перетечки жидкости из одного потока в другой.

В качестве пористой среды использовались сетчатые вставки 3. Сетки поджимались с обеих сторон башмачками 4, в которых были сделаны входные коллекторы 5 и выхбдные коллекторы 6 для жидкости, после чего зазоры между внешним корпусом канала и башмачками заполнялись эпоксидным клеем. Для того чтобы клей не попадал в сетчатую вставку, между башмачками и сетчатой вставкой были установлены резиновые прокладки 7, плотно прилегающие к стенкам внешнего корпуса. При открытом вентиле 8 (см. фиг. 2). с помощью вентилей 9 устанавливают одинаковые расходы жидкости в изотермических потоках, которые контролируются перед входами s рабочий канал с помощью ротаметров 10 и равны, согласно показаниям ротаметрдв, на выходах из канала, где контроль ведется объемным способом. Разбаланс расходов на выходе не превышает 1, что в пределах погрешности их измерений, Измеряется скорость фильтрации жидкости V „ в рабочем канале 11. Через смесительную камеру 12 в один из потоков жидкости (например, воды) в заданном интервале времени (например 10 с) по произвольному закону времени вводится

1О известная масса индикатора M (например, 2 r черная). Потоки взаимодействуют на участке смешения рабочего канала, в результате чего часть индикатора М переходит в другой поток, а часть M остается в старом.

Длина 1 участка смешения удовлетворяет условию нестабилизированного массообмена потоков

Потоки вновь разделяются. Растворенный в жидкости индикатор собирается в сборнике коллектора 13, где и определяются величины М, и M . Например, в коллекторе первого потока находится объем .раствора V, =0,726 л с концентрацией чернил М, =1,88 г/л, в коллекторе второго потока V =0,728ë, И 0,60 г/л. Тогда

Чтобы избежать погрешностей в измерении М /М из-за возможного разбаланса расходов на входах в рабочий канал, опыт повторяется введением индикатора в другой поток. Если полученное значение М /М отличается от первого на величину, не превышающую погрешность измерения, то результат эксперимента считается достоверным.

Учитывая> что процессы тепло- и массопереноса в смешивающихся потоках

45 подобны, и принимая диффузионныи механизм переноса тепла и массы при смешении, получают расчетное соотношение для эффективной поперечной теплопроводности жидкости э, решая, например, двумерную задачу о поле концентрации индикатора в зоне смешения и и

М М+М о

3 13039 где h — высота участка смешения по- токов; 1 вЂ, длина участка смешения;

p — - плотность жидкости; С вЂ” теплоемкость жидкости; V — скорость фильтрации. Для описанного выше эксперимента V р =1,15 м/с, (=10 кг/м

Ср=4,19 кЛж/(кг К), Подставляя величины входящих в расчетную формулу параметров, получим значение эффективной поперечной теплопроводности воды f0 в исследуемой пористой вставке фз

=433 Вт/ (M.К). Если обеспечить равномерный ввод индикатора в поток жидкости, создавая в нем концентрацию

Ид» то для определения ф достаточно f5 измерять концентрацию растворов Й„ и

N на выходах из рабочего канала, так как в этом случае выполняется равенство

М М Nz Nz

М. М +М Na N<+N, Например, при расходах воды в потоках

33,0 r/c a ogHH H3 них равномерно вводится 0,13 r/с чернил. Скорость фильтрации в рабочем канале равна

V =1,32 м/с. Концентрация чернил на выходах из рабочего канала в первом потоке N,=1,92 г/л, во втором М =

=0,55г/л. N =N„+N =2,47 г/л» Nz/N =

=0,222. Эффективная поперечная теплопроводность воды при V =1,32 м/с равна 9. =525 Вт (М.К).

Способ определения коэффициента эффективной теплопроводности жидкос35 ти в пористой среде позволяет повысить точность определения,за счет того» что вместо смешения потоков с различи "и температурами смеш т- 40 ся два потока с одинаковыми температурами, вместо измерения температур измеряются концентрации индикатора в потоках жидкости, посредством чего исключается влияние температурной за-45 висимости вязкостных свойств жидкости и теплопроводности материала каркаса на получаемый резальтат. Погрешность измерения эффективной теплопроводности воды составила 207. Точность может

21 4 быть улучшена за счет использования более совершенных приборов измерения концентрации индикатора. Способ прост в реализации и позволяет измерить эффективную поперечную теплопроводность жидкости в пористых средах из высокотеплопроводного материала, в частности, в мелкодисперсных металлических средах.

Формула изобретения

Способ определения эффективной поперечной теплопроводности жидкости в пористой среде, заключающийся в том, что через канал, заполненный пористой средой, в одном направлении с одинаковыми скоростями прокачивают два потока жидкости, указанные потоки смешивают на участке смешения, длина ко. торого меньше длины выхода на участок стабилизированного тепломассообмена потоков, вновь разделяют на два потока, измеряют скорость фильтрации на участке смешения, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности определения, в смешивающихся потоках создают одинаковые температуры, в один из потоков вводят заданное количество индикатора, указанные потоки смешивают на участке длиной, которая удовлетворяет условно нестабилизированного массообмена потоков где M — заданное количество индикао тора;

М, — количество индикатора, оставшееся в первом потоке;

М вЂ” количество индикатора, перешедшее в другой поток, после разделения на два потока определяют количество индикатора, перешедшее в результате смешения из одного потока в другой, и количество индикатора, оставшееся после смешения в первом потоке, и по этим измеренным количествам вычисляют искомую величину.

1303921 . Я

Составитель В. Гусева

Редактор А. Долинич Техред A. Кравчук Корректор Е. Рошко

Заказ 1302/44 Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4