Способ комплексного определения теплофизических свойств жидкости

 

Изобретение относится к области экспериментальной теплофизики и может быть использовано для определения температуропроводности и теплопроводности жидкости. Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения. Исследуемую жидкость пропускают через тонкостенную трубку из высокотеплопроводного материала, имеющую изотермический и теплообменные участки, температуру стенки трубки на изотермическом участке поддерживают равной температуре жидкости на входе, а стенку трубки на теплообменном участке обогревают равномерно распределенным по его длине тепловым потоком. При установлении стационарного теплового режима измеряют величину теплового потока на теплообменном участке, расход жидкости и среднеинтегральные температуры стенки трубки на двух фиксированных участках, на основании которых определяются искомые свойства. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 N 25/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с сн 1 2 1 4

=2Х+ — R — — R

qd/Ä 2 8

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4685481/25 (22) 03.05.89 (46) 30.08.91, Бюл. 32 (71) Тамбовский институт химического машиностроения (72) С.В.Пономарев и В.Н.Перов (53) 536.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 560172. кл. G 01 N 25/18, 1977.

Пономарев С,В. Разработка и исследование методов и устройств для непрерывного измерения теплофиэических свойств жидкостей, Дис. канд. тех. наук. - М.: МИХМ, 1978, с. 40, 41, 46 — 49. (54) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к области экспериментальной теплофизики и может быть использовано для определения температуИзобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения температуропроводности и теплопроводности различного класса жидкостей.

Цель изобретения — повышение точности и расширение области применения.

Температура с ламинарного потока жидкости в цилиндрической трубе радиуса rp, обогреваемой равномерно распределенным тепловым потоком q, определяется зависимостью.. Я2„„1673940 А1 ропроводности и теплопроводности жидкости. Цель изобретения — повышение точности и расширение области применения.

Исследуемую жидкость пропускают через тонкостенную трубку иэ высокотеплопроводного материала, имеющую изотермический и теплообменные участки, температуру стенки трубки на изотермическом участке поддерживают равной температуре жидкости на входе, а стенку трубки на теплообменном участке обогревагот равномерно распределенным по его длине тепловым потоком, При установлении стационарного теплового режима измеряют величину теплового потока на теплообменном участке, расход жидкости и среднеинтегральные температуры стенки трубки на двух фиксированных участках, на основании которых определяются искомые свойства. 2 ил. т "0 2; 0 а — — + . A„ Q (R ) ехр f-fл Х ), п=! (гд (1) - О

3 где R = — — безразмерный радиус трубы; г го

r — текущий радиус;

Х = ттах — безразмерная продольная

2qa3, координата температуроп роводно сти и теплопроводности

d — внутренний диаметр трубки;

9 раСход Жидкости;

1673940 г — ехр (— (n Y2 ) )$= х — текущая продольная координата;

А,ел — известные числа; фт (R) — известная функция;

tH — температура жидкости на входе в трубу.

"(Е2(Y2 ° (2)

qd (4) Если в формуле (1) положить R = 1, то получим зависимость для вычисления температуры tc(x) стенки теплообменного участка трубки:

Iã —: Ь=

10 Ы ла L1 ла L2

2g 2 2д .() — . рб/Л 48 (2)

15 F (Y () = У (1+() + 1" +

1

На основании зависимости (2) получим, что значение среднеинтегральной темпера- 20 туры Т1 стенки трубки на первом фиксированном отрезке (11Li) теплообменного участка равно:

Еп (5) 25

Т2

30 (6) А. Ъ(1

Еп

35 Тогда из выражения (6) получим уравнения для вычисления значений У2 и У1;

Х (Ехр (— Е„ 1 Y1 )— (7) г — exp(— 1, ч ))=

40 (8) F1(У1, ф1 )

qd (3) Аналогично для второго отрезка ()2: L2) теплообменного участка получаем 45 а = — -У1 = — 9 — У2

27 L1 Л12

55

x(exp(—, с2У2)—

+ g А,1ъ (1 ) ехр(— е, Х) и =1

Т1 = J (t< (х ) — Ь ) бх =

1-1 !1 !1

=- -(ч (+Ь) + 4

qd 11

Т2 =

12) )г

-/(t (x) — tu)dx =

+ -,1 -,) ", - - х еп

Выше использованы обозначения

2 2

Х (ехр (— еп (У ) — ехр (— е„У ) ) Поделим выражение (4) на (3) и получим

Обозначим а = Т2!Т1; k = -2 У2

L1 У1

F1(кУ1, g2) - а F1(У1,$1) = 0

Р2(Уг, @) - a F2(„, $1) = О, У2

Обозначим Y1* — корень уравнения (7), а Y2* — корень уравнения (8). С учетом обозначения (5) получим формулу для вычисления значения температуропроводности исследуемой жидкости:

Аналогично на основании зависимостей

3 и 4 получим формулы для вычисления теплопроводности исследуемой жидкости

А = F1 (Y1, $1 ) = Т) — F2 (У2, Ц ) .

На фиг.1 приведена схема устройства для реализации предлагаемого способа определения комплекса теплофизических свойств жидкости; на фиг.2 — распределе1673940

55 ние температуры по длине теплообменного участка трубки.

Устройст»о представляет собой трубку

1, на которой установлены водяная рубашка

2 и электрический нагреватель 3, навитый с постоянным шагом из нихромового провода. Водяная рубашка 2 образует изотермический участок длиной I<>, а нагреватель 3 образует теплообменныи участок длиной lt.

Между витками нагревателя 3 установлечы термометры сопротивления (терморезисторы 4 и 5) из медного провода, образок щие два фиксированных участка (I>, 1;) и (1;, L2) на теплообменном участке трубки. Сопротивление терморезистора 4 подключено к первой мостовой схеме (Hp показано), в плечи которой включены резисторы из манганинового провода. Сопротивление термореэистора 5 подключено KG а.орой мостовой схеме (не показана), пле и которой также образованы манганиноаыми резисторами.

Параметры мостовых схем подобраны таким образом, что средне-интегральные значения Т1 и Т2 температуры стенки на первом и втором фиксированных участках вычисляются соответственно по формулам

Ti = m 0 ; T2 = гп202. (9) где ml, m2 (— — — ) — коэффициенты для р А

В пересчета значений выходных сигналов Ui и 02 мостовых схем в среднеинтегральные значения температуры стенки трубки Т1 и

Т2. Площади S1 и S2, заштрихованные на фиг.2, пропорциональны среднеинтегральным значениям Т1 и Т2.

Расходомер 6 обеспечивает измерение расхода исследуемой жидкости, Тепломер

7, например. термобатарейного типа обеспечивает измерение теплового потока q.

Способ осуществляют следующим образом.

Поток исследуемой жидкости последовательно пропускают через иэотермический участок длиной I<> и через теплообменный участок длиной! . Температуру стенки трубки 1 на изотермическом участке поддерживают равной температуре т, на входе в трубку 1 эа счет пропускания большого количества воды — теплоносителя, например из жидкостного термостата. На теплообменном участке стенку трубки 1 обогревают равномерно распределенным тепловым потоком, подводимым от электрического нагревателя 3. После достижения стационарtlol о режима работы измеряют

1 асход 9 исследуемой жидкости (с помощью расходомера б) и тепловой поток р (с по5

40 мощью тепломерэ 7). t сли теплообм,- нныи участок имеет хорошую теплсиээляцию от окружающей среды, то плотность теплового потока может быть oi ределена по электрической мощност., потребляемой электроHBI ревателем 3..}дноврел енно измеряют эна .ения выходных сигналов Ul u U2 мостсвых схем . с использочачием зависимостей (9) вычисляю среднеинтегральнь е значения Т1 и Т2 температуры стенки трубки 1 нэ первсм (ll, i.,) и на втором (I2, L2) участках. С

Т2 учетом значечия а =- — —, 1„ l1, 12, !.2,, Т1 с-,. вычислягот кор и, и Y . уоэвнений (7), (8) и вычислягот значения темпе. зтуропроводности а и теплопрсводност." л и .след, еглой ?кидкости. Ис пльзование пр .дла; эемо о способа и, ззволяет вместо измерения i рех температур (температур х,идкости в нача»е и в конце 1рубки и темп рл гуру трубки ь ее ко 1е), как э-о осуществляв гся н проготипе, измерять только две те лпера.уры Ti и T?. Снижение L13леряемых величин приводит к повышению

1очности определения искомых характериcTl .K. Кроме того, вычисление температуропрочоднссти и тепл зпроводности по двум н:.зависимым г„ ормулам (для каждого па„-аметра) также позволяет повысить точность опр деления искомых арактеристи:.

Исключение замера температуры жидкос-и позволяет отказаться от установки да1 иков температуры внугри ламинарного потока. За счет этого устраняются причины, выэь аающие образование отложений внутри трубки. R результате этого уменьшается гидравлическое сопротивление трубки и расширяется область применения способа эа счет расширения диапазона исследуемых жидкостей.

Формула изобрете-ния

Способ комплексного определения теплсфизических свойств жидкости, заключающийся в том, что ламинарный поток исследуемои жидкости пропускают через изотермическии и теплообменныи участки трубки, температуру стенки труоки на изотермическом участке поддерживают равной температуре жидкости на входе в трубку, стенку трубки обогревают на теплообменном участке равномерно распределенным по егс длине тепловым потоком, измеряют величину теплового потока, расход жидкости, а также параметры теплового состояния теплообменного участка, о т л и ч а юшийся тем. что, с целью повышения

1673940 а = — Я-У1 = — — У2 т -1 -2

Л= — Fi = — гг ц4 цд

Т1 Тр

4Ьг. Z точности и расширения области применения. в качестве параметров теплового состояния теплообменноего участка используют значения среднеинтеграл ьной температуры стенки трубки из высокотемпературного материала на двух фиксированных участках, а искомые свойства определяют по формулам где а, Л вЂ” соответственно температуропроводность и теплопроводность исследуемой жидкости;

d — внутренний диаметр трубки;

5 g — расход жидкости;

q — тепловой поток к стенке трубки на теплообменном участке;

Tl, Тг — соответственно значения среднеинтегральной температуры стенки трубки

10 на фиксированных участках Ll и la;

Y>*, У2*, Fi, Fz — экспериментальные коэффициенты, зависящие от значений температур Т1 и Тг.