Устройство для измерения теплового потока

Изобретение относится к теплотехнике. Устройство для измерения теплового потока, включающее теплоизолированный корпус с крышкой, изоляторы, электроды, теплообменник, расширительную и нагревательную емкости, содержит измерительно-вычислительный блок, соединенный с электродами и датчиком давления, установленным в теплоизолированном корпусе, причем теплоизолированный корпус является расширительной емкостью, в которой расположена нагревательная емкость с возможностью перетока жидкости. 1 ил.

 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для измерения теплового потока.

Известен электродный котел (Патент РФ №2279605 С1, 10.07.2006, БИ №19), включающий теплоизолированный корпус с крышкой, изоляторы с электродами, теплообменник с трубопроводами и расширительную емкость с манометром, соединенную патрубком с нижней частью электродного котла. Измерение теплового потока производится измерительным прибором (амперметром) при стационарной теплоотдаче в условиях баланса генерируемой и потребляемой мощности. Для повышения точности измерений производится компенсация падения давления в системе посредством компрессора.

Недостатком данного электродного котла является значительная погрешность, т.к. генерируемая мощность дополнительно расходуется на нагрев вытесняемой части воды из расширительной емкости, где ее температура не контролируется, а стенки расширительной емкости не имеют теплоизоляции. Дополнительным источником погрешности является неконтролируемое поступление энергии в виде сжатого воздуха на компенсацию падения давления в системе при изменяющейся тепловой нагрузке. Также измерение теплового потока электродным котлом является процедурой длительной.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности результата измерения, быстродействия и информативности, снижение энергопотребления.

Поставленная задача решается тем, что устройство для измерения теплового потока, включающее теплоизолированный корпус с крышкой, изоляторы, электроды, теплообменник, соединенный трубопроводом с крышкой и нижней частью корпуса, расширительную и нагревательную емкости, содержит измерительно-вычислительный блок, соединенный с электродами и датчиком давления, установленным в теплоизолированном корпусе, причем теплоизолированный корпус является расширительной емкостью, в которой расположена нагревательная емкость с возможностью перетока жидкости.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для измерения теплового потока.

Устройство содержит теплоизолированный корпус 1 с крышкой 2, изоляторы 3, электроды 4, теплообменник 5, соединенный трубопроводом 6 с крышкой 2 и нижней частью корпуса 1, расширительную 8 и нагревательную 9 емкости, измерительно-вычислительный блок 10, соединенный с электродами 4 и датчиком давления 11, установленным в теплоизолированном корпусе 1, причем теплоизолированный корпус 1 является расширительной емкостью 8, в которой расположена нагревательная емкость 9 с возможностью перетока жидкости. Вентиль 12 в днище корпуса 1 и вентиль 13 в теплообменнике 5 служат для заполнения системы водой и удаления воздуха. Для генерации теплового потока устройство содержит источник питания 14. Моделирование тепловой нагрузки теплообменника 5 осуществляют с помощью вентилятора 15 с электродвигателем 16.

Устройство для измерения теплового потока работает следующим образом. Перед началом работы с помощью вентиля 12 систему, состоящую из элементов 1, 5, 6 и 7, заполняют водой, причем вентиль 13 оставляют в открытом состоянии. После полного вытеснения воздуха водой вентили 12 и 13 закрывают. С помощью источника питания 14 на электроды 4 подают рабочее переменное напряжение 220 (380) В, в результате чего происходит нагрев воды в нагревательной емкости 9. При нагреве воды до температуры кипения происходит парообразование, в результате чего паровая фаза вытесняет воду из нагревательной емкости 9 в расширительную емкость 8 корпуса 1. Для осуществления перетока жидкости между стенками нагревательной емкости 9 и основанием расширительной емкости 8 корпуса 1 имеется зазор. Электрическая мощность (тепловой поток), развиваемая электродами 4 парогенератора, должна быть больше, чем тепловая нагрузка на теплообменнике 5. В этом случае рабочие поверхности теплообменника 5 имеют одинаковую температуру, близкую к температуре насыщенного пара, то есть изотермичны. Отсутствие принудительной нагрузки на теплообменнике 5 предлагаемого устройства приводит к установлению баланса генерируемой и рассеиваемой мощности (теплового потока) в условиях стационарной теплоотдачи при постоянной разности температур между достаточно большим объемом охлаждаемой среды (замеры можно проводить на открытом воздухе, вне помещения) и нагретым до исследуемой рабочей температуры устройством. Состояние баланса характеризуется фиксированными параметрами состояния термодинамической системы: давление р₀, температура насыщенного пара и объема насыщенного пара .

Посредством измерительно-вычислительного блока 10 по показанию ваттметра W производится измерение и регистрация значения теплового потока q₀=P₀, рассеиваемого устройством.

Для измерения теплового потока при изменении характера движения охлаждающей среды, происходящего при моделировании тепловой нагрузки посредством вентилятора 15, необходимо включить электродвигатель 16, выдержать устройство до момента достижения им баланса рассеиваемой и генерируемой мощности и произвести измерение и регистрацию полученных значений q₁=P₁ по ваттметру измерительно-вычислительного блока 10. Полученное значение теплового потока q₁ корректируется поправкой на величину потери давления в системе Δp₁ вследствие изменения объема парового пространства и вытеснения воды из расширительной емкости 8 в нагревательную часть 9 корпуса 1. Значение этой поправки определяется произведением площади поперечного сечения нагревательной части корпуса на разницу уровней границы раздела фаз (на чертеже отмечены как h₀ и h₁).

,

где ΔV₁ - изменение объема паровой фазы.

Таким образом, корректированное значение величины теплового потока:

Измерение значений тепловых потоков при других тепловых нагрузках производится аналогично.

Таким образом по сравнению с прототипом заявляемое устройство позволяет производить измерение теплового потока при различных режимах нагружения и в интервалах исследуемых характеристик без поднастройки, что повышает быстродействие и снижает энергозатраты. При этом точность измерения повышается вследствие минимизации неучтенных потерь энергии и корректировки измеренных значений на величину поправки от разницы параметров состояния без нагрузки и при нагружении.

Устройство для измерения теплового потока, включающее теплоизолированный корпус с крышкой, изоляторы, электроды, теплообменник, соединенный трубопроводом с крышкой и нижней частью корпуса, расширительную и нагревательную емкости, отличающееся тем, что оно содержит измерительно-вычислительный блок, соединенный с электродами и датчиком давления, установленным в теплоизолированном корпусе, причем теплоизолированный корпус является расширительной емкостью, в которой расположена нагревательная емкость с возможностью перетока жидкости.