Способ определения коэффициента конвективной теплоотдачи

 

Изобретение может быть использовано при проведении теплофизических измерений и позволяет повысить точность за счет исключения погрешности, обусловленной отклонениями от аналогии. Определение коэффициента теплоотдачи производится путем аналогового моделирования. При этом изготавливают модель, геометрически подобную оригиналу, обдувают ее потоком модельного газа. Определяют давление паров сублимировавшегося вещества у поверхности и в потоке, измеряют массовую скорость сублимации последнего, по величинам которых вычисляют коэффициент теплоотдачи. При использовании в качестве модельного газа ксенона сублимирующее вещество выбирают с молекулярной массой 55-100, при использовании бутана-с молекулярной массой 60-120, а при использовании изобутана-с молекулярной массой 60-130. Сублимирующееся вещество и модельный газ выбирают из условия (νσ<SP POS="POST">2</SP>Ω) /(1/M<SB POS="POST">G</SB>+1/M<SB POS="POST">S</SB>)<SP POS="POST">1/2</SP>=(1,3-2,1) T<SP POS="POST">3/2</SP>/P, где ν - кинематическая вязкость газа, Ст

σ - константа взаимодействия Леннард-Джонса, нм

Ω - интеграл столкновений для сублимации

M<SB POS="POST">G</SB>, M<SB POS="POST">S</SB> - молекулярная масса газа и сублимирующегося вещества соответственно

T - температура газа и сублимирующегося вещества, К

P -давление газа, Па. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

j51)5 С 01 К 17/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A BTGPCHGMV СВИДЕТЕПЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П-)НТ СССР (2)) 4453862/31-10 (22) 31,05, 88 (46) 07. 10.90.Бюл, Мй 37 (7)) МГТУ им,Н.Э.Баумана (72) G Н.Караваев и Д.Бй Черепанов (53) 536.24,083 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М - 550008, кл„G 01 К 17/20, 1977, Trans. ASHE. Jour. Heat Transfer, 1982, v.104, М1 4, р,691-699.

Marme — und Stoffubertragung, )972„ Bd, 5, N - 1, s, 15-21. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

КОНВЕКТИВНОЙ ТЕПЛООТДАЧИ (57) Изобретение может быть исполь зовано при проведении теплофизических измерений и позволяет повысить точность за счет исключения погрешности, обусловленной отклонениями от аналогии.- Определение коэффициента теплоотдачи производится путем аналогового моделирования, При этом изготавлйвают модель, геометрически подобную оригиналу, обдувают ее по—

Изобретение относится к области теплофизических измерений, в частности к определению коэффициента конвективной теплоотдачи, и может быть использовано при аналоговом моделировании процесса теплоотдачи, Цель изобретения — повышение точности путем исключения погрешности, обусловленнои отклонением от анапогии.

На фиг. 1 показана зависимость критерия 1Ммидта для сублимации органических веществ в ксенон, бутан, изобутан, а также в воздух; на

„„80„„1597609 А 1

2 током модельного газа. Определяют давление паров сублимировавшегося вещества у поверхности и в потоке, измеряют массовую скорость сублимации последнего, по величинам которых вычисляют коэффициент теплоотдачи, При использовании в качестве модельного газа ксенона сублимирующее ве-. щество выбирают с молекулярной массой 55-100 при использовании бутана — с молекулярной массой 60-120, а при использовании изобутана - с молекулярной массой 60-130, Сублимирующееся вещество и модельный газ выбирают из условия ())Ь Я1/(1/М +1/М ) (1,3-2, 1) Т / /Р, где g- кинемати- . Я ческая вязкость газа, Ст; 6 - конс- . танта вванмодействнн Леннард двонса, (/) нм; Я вЂ” интеграл столкновений для сублимации M . М - молекулярная мас° и 5 с а газ а и сублимирующе ro ся веще ст ва соответственно; Т - температура газа и сублимирующегося вещества, К;

Ф и

Р - давление газа, Па. 3 s,ï,Ô-лы, 3 ил.

Ж фиг, 2 — элемент конструкции стенда; CO на фиг.3 - пневматическая схема стенда.

Стенд для о1тределения коэффициента конвективной теппоотдачи содержит заполненный модельным газом баллон 1, который через газовый редуктор

2 и фильтр 3 связан трубопроводом 4 со сменной насадкой 5, В трубопроводе 4 установлены регулирующий вен— тиль 6 и расходомер 7, Кроме того, трубопровод 4 снабжен компенсатором

8. Насадка 5 соосно установлена в

1597609 кожухе 9, в котором соответственно размещена модель 10, часть торцовой поверхности которой выполнена иэ сублимирующегося вещества 11, Модель 10 закреплена на штанге 12, 5 которая с помощью винта 13 закрепи ела на стойке 14, Способ осуществляется следующим образом

Иэ готавпивают модель 10, геометрически подобную оригиналу, таким образом, чтобы поверхность, для которой определяют коэффициент теплоотдачи, была выполнена иэ сублимирую" щегося вещества 11, в качестве которого может быть, например, использован 2, 2-диметил-1-пропанол, Модель

10 закрепляют на штанге 12, которую устанавливают в стойке 14 и закрепляют винтом 13, Расстояние от насадки 5 до торцовой поверхности модели

10 может регулироваться путем осево-го перемещения штанги 12, Затем модель 10 накрывают защит- 25 ной крышкой (не показана) с целью предотвращения сублимации, открывают вентиль б и продувают модель 10 газом до выхода на установившийся режим, параметры которого фиксируются с помощью расходомера 7, датчиков температуры газа и сублимирующегося вещества, блока контрольноизмерительной аппаратуры (последние не по каз аны) .

Затем снимают защитную крьшгку в течение фиксированного времени обдувают потоком модельноro газа, Время обдува зависит от характеристик сублимнрующегося вещества, модельного газа, скоростных характеристик потока газа и других, Обычно оно выбирается в пределах (1-25) х х 10 с.

Массовую скорость сублимации нахо- 45 дят по величине массы сублимировавшегося во время обдува вещества, определенной либо двукратным взвешиванием, либо по изменению профиля поверхности вещества вследствие его сублимации определяемом, например, с помощью профилометра, Способ ре ализ уют при те мпер атуре

290-300 К.

Коэффициент конвективной теплоотдачи при аналоговом моделировании вычисляют по выражению

h = Sh(Pr/Sc) (1 P+/P ).Л/1, где h — коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/(м K) г

Pr — критерий Прандтля;

Sc — критерий Шмидта;

- Sh — критерий Шервуда;

Р, Р 3 — парциапьное давление насы— щенного пара вещества и давление газа в потоке, Па; и — показатель степени в критериальном уравнении, зависящий от режима течения;

g — теплопроводность газа, Вт/(м К);

1 — характерный размер, м, При этом погрешность, обусловленная отклонениями от аналогии, определяется величиной (Pr/Sc)», Выбирая при моделировании процесса теппоотдачи между твердым телом и газообразным теплоносителем модельный газ (фиг, i ) и сублимирующееся вещество, иэ условия Pr = 0,7-1,1, т. е, иэ зависимости 1 . Я/(1/М +1/М,)" =(1,3-2, 1). х10 . Р обеспечивают выполнение условия

Рг-Sc.

Следов ат ел ьно, по грешно сть, о бу сл овл енн ая от клоне ни ем от ан апо гии, в этом случае отсутствует, При определении коэффициента конвективной теплоотдачи путем аналогового моделирования предлагаемым способом повышается точность за счет обеспечения равенства критериев подобия Шмидта при сублимации и

Прандтля при теплоотд аче, Формул а изобретения

1. Способ определения коэффициента конвективной теппоотдачи между поверхностью твердого тела и газообразным теплоносителем, заключающийся в моделировании скоростных характеристик потока газа, омывающего геометрически подобную модель, по меньшей мере часть поверхности которой выполнена из сублимирующегося органическо ro веще ст в а, из мере нии т емпер атуры газа и поверхности сублимирующегося вещества, последующем определении давления паров сублимировавшегося вещества и измерении массовой скорости сублимации последнего, по которым определяют коэффициент конвек159 7609

1,0 (ОО

Фиг.1

50 тивной теплоотдачи о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности определения коэффициента конвективной теплоотдачи, сублими рующее вещество и газ выбирают из условия з ависимости

46 Я/(1/М + 1/М ) (1,3-2, 1) i, эд/ где J " кинематическая вязкость гаэа;

- константа взаимодействия

Леннард-Джонса; — интеграл столкновений для сублимации;

- молекулярная масса газа и сублимирующегося вещества соотне т ст не нно;

Т - те мпе р атур а газ а и сублимирующе гося вещества, Р -.давление газа, 2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве газа используют ксенон, а сублимирую щееся вещество при этом выбирают с

1р мол, м. 55-100 °

3. Способ по п,1, о тли чаюшийся тем, что в качестве газа используют бутан, а сублимирующееся вещество при этом выбирают с мол.м. !

5 60-120.

4 ° Способ по п,1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве гаэ а используют изобутан, а сублимирунтщееся вещество при этом выбирают с мол, м. 60-130, 1597609

9 Ю

Составитель В, Гусева

Редактор F.,Ïàïï Техред М.Ходанич

Корректор 0.Циппе

Заказ 3043 Тираж 494 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул, Гагарина, 101