Способ определения теплофизических характеристик жидкости

 

Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения температуропроводности и теплопроводности жидкостей. Цель изобретения - расширение области применения при сохранении заданной степени точности. Исследуемую жидкость прокачивают через трубку, стенки которой обогревают равномерно распределенным по длине трубки тепловым потоком . В процессе испытаний измеряют величину теплового потока, расход жидкости , температуры жидкости в начале и в конце трубки, а также температуру стенки в конце трубки. При этом отношение разности температур стенки и жидкости в конце трубки к разности температур жидкости в конце и в начале трубки поддерживают в диапазоне 0,9...1,1. 2 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s G 01 N 25/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4701283/25 (22) 25.06.89 (46) 30.09.91. Бюл, М 36 (71) Тамбовский институт химического машиностроения (72) С.В.Пономарев, С.В.Мищенко, Б.И.Герасимов, В.M,Æèëêèí и Г, Ш. Карждуов (53) 536.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 560172, кл. 6 01 N 25/18, 1977.

Пономарев С,В. Разработка и исследование методов и устройств для непрерывного измерения теплофизических свойств жидкостей. — Дисс. на соиск. учен. ст. канд. техн. наук. M.: МИХМ, 1978, с. 40, 41, 46-49. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧ ЕСКИХ ХАРАКТЕ Р ИСТИ К ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к области экспериментальной теплофизики и может быть использовано для определения теплофизических характеристик жидкостей.

Цель изобретения — расширение области применения при сохранении заданной степени точности.

Поддерживая значение отношения разности температур стенки и жидкости в конце трубки к разности температур жидкости, в конце и начале трубки в диапазоне

0,9...1,1, сокращается время пребывания исследуемой жидкости в трубке, что уменьшает тепловое воздействие на жидкость и позволяет исследовать жидкости, не выдерживающие длительного теплового воздействия. Одновременно точность

» Ж 1681217А1 (57) Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения температуропроводности и теплоп роводности жидкостей. Цель изобретения — расширение области применения при сохранении заданной степени точности. Vlccледуемую жидкость прокачивают через трубку, стенки которой обогревают равномерно распределенным по длине трубки тепловым потоком. В и роцессе исп ытаний измеряют величину теплового потока, расход жидкости, температуры жидкости в начале и в конце трубки, а также температуру стенки в конце трубки. При этом отношение разности температур стенки и жидкости в конце трубки к разности температур жидкости в конце и в начале трубки поддерживают в диапазоне 0,9...1,1. 2 ил. определения теплофизических характеристик жидкостей поддерживается на заданном уровне.

Температура тламинарного потока жидкости в цилиндрической трубке радиуса го = d/2 (d — диаметр трубки), обогреваемой равномерно распределенным тепловым потоком q|: определяется зависимостью =2Х+ — R 8 l В "— A; ;(R)exp)-Е; XJ

1 р

Л (7) где R - -— — безразмерный радиус;

Г го

Х = безразмерная продольл а х

g ная координата;

At, Ei — известные числа;

q — расход жидкости через трубку; 5 ф (R) — известные функции; а, il — температуропроводность и теплопроводность жидкости;

r, х — размерные радиальная и продольная координаты; 10 тн — температура жидкости в начале трубки.

Если в формуле (1) R = 1, то получим формулу для вычисления температуры t стенки трубки 15

"с -т 11 гх -,ь Q A,,(f) expt-E, АД = e (x)

2 с1 4Ь (2) /

Иэ условий теплового баланса следует, сто среднемассовая температура t жидкости изменяется по длине трубки по закону

"=2X, 25

Если в качестве среднемассовой температуры принять среднемассовую температуру ск жидкости в конце трубки, то иэ последней формулы получим 30

"=2Х. (3)

Вычтем уравнение (3) иэ уравнения (2) и получим: 35 к 11, =,д, - А;ч ;()ехР(-В, Х)= ч2(Х) (4)

9c

Л

Поделим уравнение (4) на уравнение (3) 40 и получим т, — к у Я ь — тн 2Х

Обозначим, " — e,Я =gcc(X).

Тогда получится зависимость

0= (X), (5)

Из формулы (5) видно, что каждому зна1 — т

50 чению Π—, соответствует только ск — t, одно значение безразмерного параметра

Х

2g

Если вести измерения при известном значении Ото коэффициент температуропроводности а можно вычислить по формуле . = — x=Я r,(в . где Х = 11(О) — функция, обратная зависимости О = рз (Х) >

Если подставим зависимость Х = f>(Q в формулу (4), получим . к = г(Х) =р (fi {О)), Обозначим р2 (fi (О} ) = fg (О) .

t,-tg

Тогда из зависимости " = 4 (О) — 2— получим формулу для вычисления коэффициента теплопроводности

Х = fz I 8) Я--, - . p)

На фиг, 1 показана зависимость погрешности определения температуропроводности и теплопроводности от отношения разности температур О; на фиг. 2 — схема устройства для реализации способа.

Устройство (фиг. 2) включает емкость 1, насос 2, термостат 3, расходомер 4 и измерительную трубку. На измерительной трубке установлены водяная рубашка 5, электрический нагреватель 6, навитый иэ нихромовой проволоки с постоянным шагом, измерители 7 среднемассовой температуры жидкости и дифференциальные термопары 8 — 10, измеряющие соответственно температуру t< стенки в конце трубки, среднемассовую температуру tK жидкости в конце трубки и среднемассовую температуру t жидкости в начале трубки.

Для устранения утечек тепла от нагревателя

6 в окружающую среду измерительная трубка снабжена системой охранных нагревателей 11. Автотрансформатор 12 обеспечивает возможность изменения напряжения на нагревателе б, а ваттметр 13 служитдля измерения мощности Р, потребляемой нагревателем 6. При качественной работе охранных нагревателей 1", обеспечивающей г-олное устранение утечек тепла от основного нагревателя 6 в окружающую среду, ваттметр 13 может быть использовано для определения теплового потока qc no формуле:

Р

gc =,- -;, где Р— мощность, потребляемая нагревателем 6; б, I — соответственно внутренний диаметр и длина участка трубы, на котором установлен нагреватель 6.

Кроме того, в установку входят тепломер 14, например, термобатарейного типа, установленный на стенке измерительной трубки под нагревателем 6 и вольтметр 15, Тепломер 14 и вольтметр 15 позволяют осу1681217 ществлять непосредственное измерение теплового потока о, подводимого к исследуемой жидкости от нагревателя 6, Предлагаемый способ осуществляют 5 следующим образом.

Исследуемую жидкость А из емкости 1 прокачивают насосом 2 через термостат 3 и измерительную трубку так, чтобы расход 10 жидкости был постоянный, а режим течения жидкости в измерительной трубке ламинарный. Наличие ламинарного режима течения в измерительной трубке контролируют по показаниям расходомера 4. Необходимую 15 начальную температуру исследуемой жидкости А поддерживают за счет пропускания ее через термостат 3, а также за счет пропускания-воды — теплоносителя В иэ термостата 3 через водяную рубашку 5. После выхода 20 из эоны водяной рубашки 5 поток исследуемой жидкости обогревают равномерно распределенным по поверхности стенки трубки тепловым потоком, подводимым от электрического нагревателя 6. С помощью 25 термопар 10, 9, установленных в измерителях 7, измеряют температуры ь, тк исследуемой жидкости соответственно в начале и в конце измерительной трубки, а с помощью термопары 8 измеряют температуру tc стен- 30 ки в конце трубки, Путем изменения числа оборотов насоса 2 изменяют расход р исследуемой жидкости через трубку и за счет этого устанавливают такой режим работы установки, при котором отношение 35

0—

tk tH разностей температур (tc - ty) и (и — н} находится в пределах 0,9...1,1. После установле- 40 ния режима работы, при котором

0,9 <О < 1,1, измеряют плотность теплового потока q<, измеряют температуру стенки t в конце трубки, температуры tH и тк жидкости в начале и конце трубки, вычисляют фак- 45 тическое значение отношения

g 4 — ь

tk — Ь и по формулам 5-7 onределяют комплекс теплофизических характеристик жидкости, а именно температуропроводности а и теплопроводности i.

Согласно изобретению измерительные операции осуществляют так, что отношение разностей температур 4 tk

tk тн находится в диапазоне 0,9...1,1, уменьшена длительность и величина теплового воздействия на исследуемую жидкость и за счет этого расширена область применения способа и повышена достоверность информации об искомых теплофизических характеристиках жидкости.

Проведенные параметрические расче ты показывают, что при отношении О=

0,9...1,1 и длине трубки 0,7.„0,8 м, время пребывания жидкости в трубке не превышает 4 с, в то время как в прототипе зто время составляло 17 — 20 с и более. При этом погрешность определения температуропроводности (фиг, 1) не превышает 9ф,, а теплопроводности 6...7;ь.

С использованием данного изобретения могут быть исследованы жидкости, не допускающие длительного нагрева, который влияет на их теплофизические характеристики.

Формула изобретения

Способ определения теплофизических характеристик жидкости, заключающийся в том, что ламинарный поток исследуемой жидкости пропускают через трубку, стенки которой обогревают равномерно распределенным по длине трубки тепловым потоком, измеряют плотность теплового потока, расход жидкости, температуру жидкости в начале и в конце трубки, температуру стенки в конце трубки и определяют искомые характеристики, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения при сохранении заданной степени точности, значение отношения разности температур стенки и жидкости в конце трубки к разности температур жидкости в конце и в начале трубки поддерживают в диапазоне

0,9...1,1.

1681217

0,91 1,1

Фиг.1

Фиг, 2

Редактор О.Спесивых

Заказ 3308 Тираж 371 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

14

12

11

1О

В

6

3

Составитель В,Марченко

Тех ред М.Моргентал Корректор О.Кравцова