Способ определения температуропроводности жидкости

 

Изобретение относится к области измерения теплофизических свойств жидкостей и м.б. использовано для контроля технологических процессов в химической, пищевой, микробиологической, сельскохозяйственной и других отраслях. Цель - расширение функциональных возможностей. В способе определения теплопроводности жидкости по а.с. № 1223110 дополнительно измеряют перепад давления на фиксированном участке трубки и, используя измеренное значение , рассчитывают комплексный теплофизический параметр /иа.1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 N 25/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ . КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ а = — (9 fg

2.

-е„з (61) 1223110 (21) 4827682/25 (22) 22.05,90 (46) 07,02.92. Бюл, ¹ 5 (71) Тамбовский институт химического машиностроения (72) С, В, Пономарев, Б. И. Герасимов и

В.Н.Перов (53) 536.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1223110, кл. G 01 N 25/18, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к области измерения теплофиэических свойств жидкостей, может быть использовано для контроля технологических процессов в химической, пищевой, микробиологической, сельскохозяйственной и других отраслях народного хозяйства и является усовершенствованием способа ll0 авт. св. ¹ 1223110.

Наиболее близким к изобретению является способ, заключающийся в том, что ламинарный поток жидкости пропускают последовательно через изотермический и теплообменный участки трубки. стенку трубки на изотермическом участке поддерживают при температуре, равной температуре жидкости на входе в трубку, стенку трубки на теплообменном участке поддерживают при постоянной температуре, отличающейся от температуры жидкости на входе в трубку, измеряют температуры жидкости на входе и на выходе трубки, измеряют температуру стенки трубки на теплообменном участке, регулированием расхода жидкости через трубку поддержи„,5U „„171 1054 А2 (57) Изобретение относится к области измерения теплофизических свойств жидкостей и м.б. использовано для контроля технологических процессов в химической, пищевой, микробиологической, сельскохозяйственной и других отраслях, Цель -- расширение функциональных возможностей. В способе определения теплопроводности жидкости по а.с. N 1223110 дополнительно измеряют перепад давления на фиксированном участке трубки и, используя измеренное значение, рассчитывают комплексный теплофизический параметрр .1 ил. вают в диапазоне 0,15-0,54 заданное постоянное значение отношения разности между температурой жидкости на выходе трубки и температурой стенки трубки на теплообменном участке к разности между температурой жидкости на входе в трубку и температурой стенки трубки на теплообменном участке, измеряют расход жидкости, и значение коэффициента температуропроводности определяют по формуле где а — коэффициент температуропроводм2 ности жидкости,— с

1т — длина теплообменного участка трубки, м;

Э

g — расход жидкости через трубку,— с

1к

03 — ", — поддерживаемое в эксон тс перименте заданное значение отношения

1711054 разности между температурой т, жидкости на выходе трубки и температурой t< стенки трубки на теплообменном участке к разности между температурой t жидкости на входе в трубку и температурой tc стенки трубки 5 на теплообменном участке;

f(® — известная математическая функция, Недостатком способа является невозможность непосредственного определения 10 комплексного теплофизического параметра

pg жидкости.

Однако измерение комплексного теплофизического параметра р> представляет значительный интерес, так как именно этот параметр является определяющим при изучении, проектировании и осуществлении процессов переноса тепла в ламинарных потоках жидкостей при напорном течении в трубах, например, в случае, когда известен перепад давления hP на участке трубы длиной L, а величину расхода g жидкости через трубу определить не представляется возможным.

Цель изобретения — расширение функ- 25 циональных возможностей за счет определения температуропроводности в комплексе с динамической вязкостью, Указанная цель достигается тем, что измеряют перепад давления жидкости на фик- 30 сированном отрезке трубки и искомый комплексный теплофизический параметр жидкости определяют по формуле

4(.e где R — внутренний радиус трубки, м;

Л Р вЂ” перепад давления жидкости на фиксированном отрезке трубки длиной I, H 40 м

Уравнение энергии для ламинарного потока жидкости при течении в трубке при определенных предположениях записывается в виде (x>0;0

M z .— профиль скорости течения жидкости, С учетом того, что профиль скорости течения жидкости при небольших изменениях температуры описывается формулой краевая задача о расчете температурного поля ламинарного потока жидкости записывается в виде

R, йР j r 1 3T(r,x) 4 3 1 ЭТ(т,x) (х > 0; 0 < r < R), T(r, о) =.TH = const; =0; д Т о,х дг 2)

7(R, х) =Т =сопзт.

Видно, что в данном случае комплексный теплофизический параметрp является основным параметром, определяющим процессы переноса тепла в ламинарном потоке жидкости при вынужденном течении под действием перепада давления hP, приложенного к отрезку трубы длиной .

Введем безразмерную радиальную координату

r=—

R" безразмерную продольную координату

@tub"

qq 5 (4... безразмерную температуру Т(Тн rñ

Тогда краевая задача (1), (2) преобразуется к виду

Ä Se(-.,—.1 З,ае(.-х1 () (х> О, О< r < 1);

8(,0 =1, 8 )=();8(,õ)-Q. <4)

Рещение краевой задачи (3), (4) хорошо изучено и имеет вид

6(йй(= А„(„(й(е»р(-Е„й) > (Я

n= I где En, An, Vn(r) — известные числа и функции.

Среднеинтегральное значение температуры жидкости применительно к краевой задаче (3), (4) и ее решению (5) записывается (((xl =4J(((i,õ) p(s-t )dr = о

ОО . = > — «pI-, й)=сй(й(,(б( где Bn — известные"4исла.

Из выражения (6) легко получить зависимость х = f(0), (7) где f(0) — функция, обратная к р(х).

Подставим в формулу (7) заданное постоянноее значение.среднемассовой безраз1711054 мерной температуры (отношения раЗности температур) тк tc, тн <с поддерживаемое в ходе эксперимента, где

t» — среднемассовая размерная температура жидкости на выходе трубки (на расстоянии х =!т от начала теплообменного участка трубки). Тогда формула (7) позволяет вычислять значение безразмерной продольной координаты <ЛР) 3) (6)

Из выражения (8) следует расчетная зависимость, положенная в основу предлагаемого способа

Постановка краевой задачи-(3); (4) и ее решения (5) — (7) по форме совпадают с математической постановкой задачи и ее решениями, положенными в основу изобретения по (1). Поэтому приведенное в описании (1) обоснование оптимальных режимных параметров, предусматривающих измерения при отношении разностей температур тк тс, ь — т из диапазона 0,15-0,54, справедливо также для краевой задачи (3), (4) и ее решений (5)-(8), положенных в основу данного спосо- ба.

На чертеже приведена схема установки для реализации предлагаемого способа измерения комплексного теплофиэического параметра жидкости.

Установка включает в себя насос 1, измерительную трубку 2 с установленными на ней водяными рубашками 3, 4 и измерителями 5-7 среднемассовой температуры жидкости, В измерителях 5-7 установлены термопары 8 — 13, В установку входят также регулятор 14, исполнительный механизм 15, автотрансформатор 16, двигатель 17, используемый в качестве привода насоса 1, а также дифференциальный манометр 18, подключенный к отрезку трубки длиной L.

Способ осуществляется следующим образом.

Исследуемую жидкость А прокачивают насосом 1 через измерительную трубку 2 последовательно через изотермический участок длиной 4>, образованный водяной рубашкой 3, а затем через теплообменный участок длиной !т, образованный водяной рубашкой 4.

Температуру стенки трубки на изотермическом участке поддерживают равной

10 температуре tH исследуемой жидкости А на входе в трубку (за счет прокачивания водытеплоносителя В через водяную рубашку 3).

Это позволяет получать установившийся ламинарный режим течения исследуемой жидкости с температурой ьн на входе в теплообменный участок.

Температуру tc стенки трубки на теплообменном участке поддерживают постоянной и отличающейся от температуры tH исследуемой жидкости на входе в трубку(за счет прокачивания воды-теплоносителя С через водяную рубашку 4).

Термопарами 8-13, установленными в

15 измерителях 5 — 7 среднемассовой температуры жидкости, измеряюттемпературы tH, Ь» исследуемой жидкости на входе и на выходе трубки и температуру tc стенки трубки на теплообмен нам участке.

20 . По сигналам термопар 8-13 определяют значение отношения разностей температур:, к 1с.

4 3

Если фактическое значение разностей

25 температур

< t» — tc тн <с отличается от заданного постоянного значения О, = const из диапазона 0,15-0,54,.то с использованием системы автоматического регулирования, включающей в себя регулятор 14, исполнительный механизм 15, автотрансформатор 16, двигатель 17 и насос 1, измеряют расход исследуемой жидкости через измерительную трубку и за счет регулирования расхода поддерживают заданное постоянное значение отношения разностей температур

iK tc

= Оз - const тн tc из диапазона 0,15-0,54, Дифференциальным манометром 18 измеряют величину перепада давления hP жидкости на фиксированном отрезке трубки длиной 1, после чего искомый комплексный теплофизический параметр ра жидкости вычисляют по формуле (9).

Отметим, что приведенная на чертеже схема включения термопар 8 — 13 позволяет отношение разностей температур тк тс тн <с равное постоянному значению 83 - 0,5.

Предлагаемый способ позволяет измерять значения комплексного теплофизического параметра р жидкости, необходимые для изучения, проектирования, расчета и осуществления процессов переноса тепла в ламинарных потоках при

1711054

Составитель С.Пономарев

Редактор В.Данко Техред M.Mîðãåíòàë Корректор О. Кундрик

Заказ 335 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCP

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.! агаринэ. 10 l вынужденном течении жидкостей в трубках под действием перепада давления Л Р. приложенного к участку. трубы длиной L, Таким образом, по сравнению с известным предлагаемый способ позволяет осуществлять непосредственное определение комплексного теплофизического параметра, p> жидкостей. Кроме того, использование несложной расчетной зависимости (9) позволяет применить для обработки экспериментальной информации простые вычислительные устройства и, тем самым, снизить себестоимость экспериментальной установки.

Формула изобретения

Способ определения температуропроводности жидкости по авт. св. М 1223110, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет дополнительного определения температуропроводности в комплексе с динамической вязкостью, измеряют перепад давления жидкости на фиксированном отрезке и определяют искомый комплексный теплофиэический параметр жидкости по формуле рф щ„= — ЬР((6 ) где lg — комплексный теплофизический па5 раметр. представляющий собой произведение коэффициента динамической вязкости р на коэффициент температуропроводности а жидкости, xr м/с;

R — внутренний диаметр трубки, м;

10 1т — длина теплообменного участка трубки,м;

Л Р вЂ” перепад давления жидкости на фиксированном отрезке трубки длиной L, Н/м;

15 тк tc

0— н tc перименте заданное постоянное значение отношения разности между температурой т, жидкости на выходе трубки и температурой tc стенки трубки на теплообменном участке к разности между температурой tH жидкости на входе в трубку и температурой стенки трубки на теплообменном участке;

1(Оз ) — известная математическая функция,