Способ определения термического сопротивления отложений в энергетических установках

 

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано в энергетических установках с теплоносителем, генерирующим отложения. Целью изобретения является повышение точности определения термического сопротивления отложений. Он заключается в тепловом воздействии на подверженную отложениям стенку, измерении мощности теплового воздействия, измерении температур стенки и теплоносителя. При этом после указанных измерений уменьшают термическое сопротивление теплоотдачи в 2,0-2,5 раза путем регулирования скорости теплоносителя в режиме вынужденной конвекции либо мощности теплового воздействия на стенку в режиме кипения, повторяют измерения и определяют термическое сопротивление отложений по аналитической формуле с учетом значений измеренных величин. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (50 4. G 01 N 25 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4147454/31-25 (22) 14.11.86 (46) 23.09.89. Бюл. 35 (71) Институт технической теплофизики AH УССР (72) M.Â.Страдомский, Е.А.Максимов и В.С,Маляров (53) 536.6(088.8) (56) Сеня Л.И. Парогенераторные установки на морской воде "Энергия"..

Л.: 1979, с. 233.

Колпин И.П. Отложения на теплоотдающих поверхностях деталей камеры сгорания. — Двигателестроение. 1981,, В 12, с. 9-10. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕР1П1ЧЕСКОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ (57) Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть

Изобретение относится к теплофи-: зическим измерениям, а именно к измерению термического сопротивления отложений в энергетических установках.

Цель изобретения — повьппение точности определения термического сопротивления отложений.

Точность определения термического сопротивления отложений по предлагаемому способу возрастает по сравнению с известным способом вследствие того, что в нем после измерений уменьшают термическое сопротивление теплоотдачи к теплоносителю в 2-2,5 раза и проводят повторные измерения. Это

„;SU„„1509700 А 1

2 использовано в энергетических установках с теплоносителем, генерирующим отложения. Целью изобретения является повышение точности определе- ния термического сопротивления отложений. Оно заключается в тепловом воздействии на подверженную отложениям стенку, измерении мощности теплового воздействия, измерении температур стенки и теплоносителя. При этом после укаэанных измерений уменьшают термическое сопротивление теплоотдачи в 2,0-2,5 раза путем регулирования скорости теплоносителя в режиме вынужденной конвекции либо мощности теплового воздействия на стенку в режиме кипения, повторяют измерения и определяют термическое сопротивление отложений по аналитической формуле с учетом значений измеренных величин. 1 ил.

Сл позволяет при расчете термического «ир сопротивления отложений по аналити- вр ческой формуле использовать результаты повторных измерений, а не прини мать как в известном способе допущение о равенстве коэффициента теплоотда- 4 чи на поверхности стенки без отложений коэффициенту теплоотдачи на поверхности отложений, контактирующей ) с теплоносителем, что может приводить к существенной погрешности из-за различного состояния и рельефа указанных поверхностей.

В известцом способе перед проведением опытов по изучению интенсивности образования отложений проводятся рмуле (1) Q/F ф, . т - Т

3 15 указанные измерения при полном удалении отложений с поверхности стенки, что дает возможность определить коэффициент теплоотдачи по фо где ос — коэффициент теплоотдачи к теплоносителю от поверхности стенки;

Ч, — мощность теплового воздействия на стенку;

F — площадь контактирующей с теплоносителем поверхности стенки;

T — температура контактирующей с теплоносителем поверхности стенки; .

Т вЂ” температура теплоносителя.

По мере образования отложений осуществляют те же измерения (при этом мощность теплового воздействия на стенку и температура теплоносителя поддерживаются неизменными) и термическое сопротивление отложений вычисляют по формуле

Tñ

R — — — -- — - — — (2) ст Q7F где В - термическое сопротивление отложений; (.

Т вЂ” температура поверхности стенки при наличии отложений; !

Ы. - коэффициент теплоотдачи к теплоносителю от поверхности отложений, который приравнивается к с и определяется по выражению (1.) .

Величина коэффициента теплоотдачи от поверхности стенки к теплоносителю в значительной мере зависит от ее состояния (вида шероховатости, ее неоднородности и геометрических характеристик) и рельефа (из огнутости) . Так, при вынужденной - конвекции этим определяется толщина и ограничного . слоя, а при кипении — количество центров парообраэования . На практике, как правило, состояние и рельеф поверхностей стенки и о тло\ жений не совпадают и, следовательно, принятое в известном способе допущение не соблюдается.

На чертеже показана схема устройства для реализации предлагаемо09700 4

ro способа определения термического сопротивления отложений в энергетических установках.

Устройство содержит камеру 1 энергетической установки, в которой помещен теплоноситель, В стенке 2, подверженной отложениям 3, образующимся из теплоносителя, установлен заподлицо с ее поверхностью блок 4, выполненный из материала стенки 2 и отделенный от нее и окружающей среды теплоизолятором 5. В блоке 4 для осуществления теплового воздействия на него размещен нагреватель

6, мощность которого регулируется реостатом 7 и измеряется прибором 8.

Измерение температуры поверхности стенки 2, подверженной отложениям 3, 20 осуществляется термопарой 9, а измерение температуры теплоносителя " термопарой 10. Показания термопар регистрируются прибором 11 ° . В режиме вынужденной конвекции регулировка

25 расхода (скорости) теплоносителя осу,ществляется насосом 12.

Согласно предлагаемому способу .осуществляются две серии измерений при отличающихся по величине коэф30 фициентах теплоотдачи от поверхности отложений к теплоносителю. В этом случае для определения термического сопротивления отложений имеется два уравнения

I r т -т 1

R =- — - — — (3) от Q/F и ю

Тс -Тт

R = —,-- — — - — -, (4)

Q F н э

40 где индексы и " указывают, что величины относятся соответственно к первому и второму режимам а пЖ, . где n = 2-2,5. Из (3) и (4) имеют и rr r ю

45 р Tr. - Т Тс - Tò и, R (— -„--- - - - — -,- — ) — — —. (5)

0T Q УУ п ./F n — 1

Коэффициент теплоотдачи к теплоносителю eh ñ достаточной для практических расчетов степенью точности

50 можно оценить по следующим формулам: в режиме вынужденной конвекции й. с(т = const% „ о,6 ((6) где W - скорость теплоносителя;

55 в режиме KHneHHs

g - =const, (7) где q - плотность теплового потока, передаваемого теплоносителю.

10 о " /о т = 2,0 — 2,5.

50

5 -15

Иэ формул (6) и (7) следует, что в режиме вынужденной конвекции для изменения К удобнее всего регулировать скорость теплоносителя, а в режиме кипения — плотность передава емого теплоносителю теплового потока, т.е. мощность теплового воздействия на стенку. При этом указанные параметры желательно увеличивать, поскольку уменьшение скорости теплоносителя в режиме вынужденнбй конвекции может привести к перегреву стенки и ее разрушению, а уменьшение плотности передаваемого теплоносителю теплового потока в режиме кипения может привести к исчезнонению самого кипения, т.е. к неопределенности в режиме охлаждения и, следовательно, к невозможности корректного управления им.

Соотношение между величинами коэффициента теплоотдачи к теплоносителю при первом и втором режимах выбрано на основании опытов, которые проводились на специальной установке, при этом отложения имитировались с известным термическим сопротивлением. В процессе исследований н режиме вынужденной конвекции увеличивался с помощью насоса расход (скорость) теплоносителя, а в режиме кипения с помощью нагревателя— мощность теплового воздействия на стенку. При обработке экспериментальных данных определяли погрешность измерения термического сопротивления отложений от or)

Ь = — -= - — -- — 1007.Rзт от

ИЗ где Rот,Rо — эталонная и измеренот ° от ная величины термического сопротивления отложений;

Il = 0L /0(11 °

Экспериментальные данные показывают что по мере возрастания соотнои шения о(т /eh погрешность определения термического сопротивления отложений уменьшается, причем наиболее существенное уменьшение погрешности происходит до значений n = 2,0-2,5.

Эти значения п обеспечиваются при увеличении скорости теплоносителя либо мощности теплового воздействия на стенку в 3-4 раза (см. выражения .(6) и (7). Кроме того, увеличение

09700 б скорости теплоносителя по сравнению с первоначальной ограничено, как правило, производительностью насоса. В режиме кипения возрастание мощности теплового воздействия более чем в 4 раза может привести к переходу от пузырьконого кипения к пленочному и, как результат, к пере греву стенки и ее разрушению. Игхс дя из этого, наиболее оптимальным является соотношение

Последовательность осуществления предлагаемого способа определения термического сопротивления отложений следующая.

На нагреватель 6 подается ток от реостата 7, в результате чего осуществляется тепловое воздействие на блок 4, который является имитатором стенки 2, поскольку он выполнен из материала стенки 2 и его поверхность со стороны отложений установлена эа- . подлицо с. соответствующей поверхностью стенки 2, При работе в режиме вынужденной конвекции включается насос 12, посредством чего устанавливается определенная скорость теплоносителя в камере 1. После выхода установки на установившийся тепловой режим с помощью прибора 8 измеряют мощность теплового.воздействия на

35 стенку, а с помощью термопар 9 и 10, а также регистратора 11 соответственно температуру поверхности стенки теплоносителя. Затем увеличивают про40 изводительность насоса 12 (скорость теплоносителя). в 3 — 4 раза, повторяют предыдущие измерения и определяют термическое сопротивление отложений 3 по формуле (5). При работе

45 в режиме кипения насос 12 не включают, а повторные измерения осуществляют после увеличения мощности теплового воздействия в 3-4 раза с помощью реостата 7.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет существенно умень" шить погрешность определения термического сопротивления отложений без усложнения эксперимента, поскольку вместо необходимых по известному способу измерений при отсутствии отло- . жений йроводятся повторные измерения при их наличии.

Формула изобретения

Составитель В. Филатова

Редактор В. Данко Техред Л,Олийнык Корректор Т. Палий

Э. Заказ 5798/37 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина, 101

Способ определения термического сопротивления отложений в энергетических установках, включающий тепловое воздействие на подверженную отложениям стенку, измерение мощности теплового воздействия, измерение температуры стенки и теплоносителя, из которого образуются отложения, и определение искомой величины по ана литической формуле, о т л и ч ающийся тем, что, сцельюповьппения точности определения, после измерений уменьшают термическое со5 противление теплоотдачи к теплоносителю в 2-2,5 раза путем регулирования скорости теплоносителя в режиме вынужденной конвекции или путем регулирования мощности теплового воздействия на стенку в режиме кипения, повторяют измерение и определяют термическое сопротивление отложений с учетом измеренных величин.