Лабораторная установка для изучения процессов тепломассопереноса



Лабораторная установка для изучения процессов тепломассопереноса
Лабораторная установка для изучения процессов тепломассопереноса
Лабораторная установка для изучения процессов тепломассопереноса

 


Владельцы патента RU 2580230:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для исследования процессов, связанных с интенсивным тепломассопереносом. Лабораторная установка для изучения процессов тепломассопереноса содержит рабочий участок, состоящий из прямоугольного корпуса из латуни, на дно которого поочередно установлены теплоизоляционный материал, электронагреватель в виде плоского нагревательного элемента, подключенный к источнику питания, металлическая пластина и подложка, на которую налита низкокипящая жидкость. На верхней и на нижней стороне металлической пластины симметрично выполнены выемки, в каждой из которых установлена термопара. Термопара для измерения температуры жидкости погружена в нее. Все термопары через аналого-цифровой преобразователь соединены с персональным компьютером. В верхней части корпуса выполнено отверстие для щупа в виде стальной иглы, закрепленной на прецизионном устройстве, подключенном к персональному компьютеру. Источник света, диффузор, щит с отверстием, двояковыпуклая коллимирующая линза, прямоугольный корпус, двояковыпуклая конденсирующая линза и видеокамера последовательно расположены на оптической столешнице так, что они размещены на одной оси, проходящей через слой жидкости, налитой на подложку рабочего участка. Технический результат: позволяет исследовать процессы испарения и кипения. 3 ил.

 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для исследования процессов, связанных с интенсивным тепломассопереносом в нагреваемом слое жидкости в термосифонах энергонасыщенного авиационного оборудования.

Известна лабораторная установка для изучения тепломассообмена при испарении воды в поток воздуха [RU 64413 U1, МПК G09B 23/16 (2006.01), опубл. 27.06.2007], содержащая корпус в виде трубки, электронагреватель, ваттметр, смесители потока, термопары. Корпус выполнен изогнутым, в вертикальной нижней части установлен электронагреватель. В наклонной верхней части корпуса смонтирован удлиненный опытный участок в виде стеклянной трубки, обернутой с внешней стороны влажной материей. Опытный участок фиксируется в корпусе игольчатыми опорами, имеющими на концах резиновые шарики для предотвращения скольжения. Для удаления излишков воды используется тканевая лента. Смесители потока воздуха выполнены в виде шайб с отверстиями в центре.

С помощью этой установки невозможно исследование процессов испарения или кипения, которые сопровождаются кризисом теплообмена и формированием сухих пятен.

Наиболее близким, принятым за прототип, является лабораторная установка по теплопередаче [RU 2359193 С2, МПК F28D 20/00 (2006.01), опубл. 20.06.2009], содержащая корпус, электронагреватель, патрубки для выхода нагретого воздуха. Вертикальный цилиндрический корпус выполнен из латуни и содержит внутреннюю и наружные трубы, помещенные одна в одну. Внутренняя труба открыта с обеих сторон и содержит установленные в нижней части электронагреватель, присоединенный к находящимся снаружи ваттметру, и ЛАТРу. В верхней и нижней части установлены нижний и верхний смесители воздуха, нижний и верхний патрубки для ввода термопар. Наружная труба открыта в верхней части для входа воздуха, в нижней части имеет коническую форму с выходным патрубком для ввода термопары. Снаружи наружной трубы смонтирован сосуд со льдом и патрубком для слива воды.

Недостатком этой лабораторной установки является сложность ее конструкции, а также невозможность исследования процессов испарения или кипения, которые сопровождаются кризисом теплообмена и формированием сухих пятен.

Задачей изобретения является создание простой конструкции лабораторной установки для исследования процесса испарения и кипения.

Поставленная задача решена за счет того, что лабораторная установка для изучения процессов тепломассопереноса, также как в прототипе, содержит корпус из латуни, внутри которого расположен электронагреватель, термопары.

Согласно изобретению рабочий участок представляет собой прямоугольный корпус, на дно которого поочередно установлены теплоизоляционный материал, электронагреватель в виде плоского нагревательного элемента, подключенный к источнику питания, металлическая пластина и подложка, на которую налита низкокипящая жидкость. На верхней стороне металлической пластины выполнены выемки, в каждой из которых установлена термопара. Симметрично этим термопарам выполнены выемки на нижней стороне металлической пластины, в которых также установлены термопары. Термопара для измерения температуры жидкости погружена в нее. Все термопары через аналого-цифровой преобразователь соединены с персональным компьютером. В верхней части корпуса выполнено отверстие для щупа в виде стальной иглы, закрепленной снаружи на прецизионном устройстве, подключенном к персональному компьютеру. Источник света, диффузор, щит с отверстием, двояковыпуклая коллимирующая линза, прямоугольный корпус, двояковыпуклая конденсирующая линза и видеокамера последовательно расположены на оптической столешнице так, что они размещены на одной оси, проходящей через слой жидкости, налитой на подложку рабочего участка.

Предложенная лабораторная установка позволяет исследовать процессы испарения и кипения. С помощью щупа, закрепленного на прецизионной установке, измеряют толщину слоя жидкости в условиях тепломассообмена с паровой фазой. Посредством видеокамеры, источника света, диффузора, щита с отверстием, двояковыпуклых коллимирующей и конденсирующей линз получают теневое изображение, на котором видны деформационные и волновые процессы на границе раздела двух фаз (жидкой и паровой).

На фиг. 1 представлена принципиальная схема лабораторной установки для изучения процессов тепломассопереноса.

На фиг. 2 представлен общий вид рабочего участка лабораторной установки.

На фиг. 3 представлен видеокадр теневого изображения волнового и деформационного процессов слоя жидкости при ее испарении в паровую фазу.

Лабораторная установка для изучения процессов тепломассопереноса содержит рабочий участок 1 (фиг. 1), который представляет собой прямоугольный корпус 2, выполненный из латуни. На дно корпуса 2 поочередно установлены теплоизоляционный материал 3 (фиг. 2), например минеральная вата, плоский нагревательный элемент 4, металлическая пластина из нержавеющей стали 5 и подложка 6, на которую налита низкокипящая жидкость, например спиртовой раствор. На верхней стороне металлической пластины 5 выполнено три выемки, в каждой из которых установлена термопара 7, симметрично которым выполнены выемки на нижней стороне металлической пластины 5, в которых также установлены термопары 7. Термопара 8 погружена в жидкость, налитую на подложку 6. Плоский нагревательный элемент 4 подключен к источнику питания 9 (ИП) (фиг. 1). Термопары 7 и 8 через аналого-цифровой преобразователь 10 (АЦП) соединены с персональным компьютером 11 (ПК). В верхней части корпуса 2 выполнено отверстие 12 для щупа в виде стальной иглы, закрепленной на прецизионном устройстве 13, подключенном к персональному компьютеру 11 (ПК).

Источник света 14, диффузор 15, щит 16 с отверстием, двояковыпуклая коллимирующая линза 17, корпус 2, двояковыпуклая конденсирующая линза 18 и видеокамера 19 последовательно расположены на одной оси, проходящей через слой жидкости, налитой на подложку 6 рабочего участка.

Прецизионное устройство 13 представляет собой механизм, способный перемещать закрепленный на нем предмет в трех плоскостях. Подложка 6 может быть изготовлена из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например медь, латунь, алюминий.

Лабораторную установку для изучения процессов тепломассопереноса собирают на оптической столешнице, что обеспечивает необходимую точность в настройке оптического оборудования.

При выполнении необходимых исследований на подложке 6 рабочего участка 1 формируют горизонтальный слой жидкости, толщину которого варьируют в зависимости от режимных параметров эксперимента (не более 5 мм). Со стороны подложки 6 с помощью плоского нагревательного элемента 4 равномерно нагревают жидкость, контролируя его мощность посредством источника питания 9 (ИП). При нагреве жидкости происходит ее испарение, и в верхней части рабочего участка 1 образуется паровая фаза. Температуру плоского нагревательного элемента 4 и жидкости измеряют с помощью термопар 7 и 8, сигналы с которых передают через аналогово-цифровой преобразователь 10 (АЦП) на персональный компьютер 11 (ПК). Для измерения и контроля толщины слоя жидкости используют щуп, закрепленный на прецизионном устройстве 13. Положение щупа контролируют посредством прецизионного устройства 13.

Пучок лучей от источника света 14 последовательно проходит через диффузор 15, отверстие в непрозрачном щите 16, двояковыпуклую коллимирующую линзу 17, где, преломляясь, становится параллельным и проходит через слой жидкости. Далее лучи направляются к двояковыпуклой конденсирующей линзе 18, с помощью которой пучок света фокусируется и теневое изображение проецируется на сенсоре цифровой видеокамеры 19. Таким образом, получают теневое изображение волновых и деформационных процессов, происходящих при испарении слоя жидкости в паровую фазу (фиг. 3). По такому теневому изображению судят о геометрических изменениях слоя жидкости в процессе испарения и кипения. Прямые измерения температуры позволяют вычислить коэффициент теплоотдачи подложки.

Лабораторная установка для изучения процессов тепломассопереноса, содержащая корпус из латуни, внутри которого расположен электронагреватель, термопары, отличающаяся тем, что рабочий участок представляет собой прямоугольный корпус, на дно которого поочередно установлены теплоизоляционный материал, электронагреватель в виде плоского нагревательного элемента, подключенный к источнику питания, металлическая пластина и подложка, на которую налита низкокипящая жидкость, причем на верхней стороне металлической пластины выполнены выемки, в каждой из которых установлена термопара, симметрично этим термопарам выполнены выемки на нижней стороне металлической пластины, в которых также установлены термопары, термопара для измерения температуры жидкости погружена в нее, все термопары через аналого-цифровой преобразователь соединены с персональным компьютером, при этом в верхней части корпуса выполнено отверстие для щупа в виде стальной иглы, закрепленной на прецизионном устройстве, подключенном к персональному компьютеру, источник света, диффузор, щит с отверстием, двояковыпуклая коллимирующая линза, прямоугольный корпус, двояковыпуклая конденсирующая линза и видеокамера последовательно расположены на оптической столешнице так, что они размещены на одной оси, проходящей через слой жидкости, налитой на подложку рабочего участка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к стендам для лабораторных работ, применяемым при обучении студентов, изучающих дисциплину «Электротехнология». Автоматизированный тепловой пункт (устройство преобразования электрической энергии в тепловую), содержит параллельно соединенные между собой тэновый, электродный и вихревой подогреватели воды, отопительный прибор, бойлер со змеевиком, насос, термодатчики, щит управления, расходомер, систему трубопроводов, при этом в него введены электромагнитные клапаны, программируемый контроллер для управления и регулирования режимами нагрева, бойлер выполнен сообщающимся с атмосферой для осуществления процесса тепломассообмена, сборка всех элементов выполнена с использованием резьбовых соединений предусматривающее возможность введения в процесс новых элементов.

Изобретение относится к лабораторному оборудованию, которое широко используется в учебных заведениях (см., например, Д.В.Штеренлихт. .

Изобретение относится к учебно-наглядным пособиям, и касается газоразрядной трубки, предназначенной для проведения демонстрационных опытов, преимущественно, в условиях типового кабинета физики общеобразовательных учебных учреждений при изучении особенностей тлеющего разряда.

Изобретение относится к учебно-наглядным пособиям и может быть использовано на занятиях, преимущественно, по физике для моделирования движения и взаимодействия частиц вещества.

Изобретение относится к области обучения студентов ВУЗов и аспирантов по механике, а также при проведении лабораторных работ по курсу "Газодинамика". .

Изобретение относится к области геофизической гидродинамики и может быть использовано при моделировании крупномасштабных атмосферных течений. .

Изобретение относится к специальному оборудованию, предназначенному для обучения студентов вузов и колледжей техническим дисциплинам, а более конкретно для практического изучения основного закона гидростатики, различных видов давления (давление вакуума, избыточное давление, атмосферное давление), приборов для измерения давления, а также единиц измерения давления.

Изобретение относится к оборудованию для демонстрационно-практического определения студентами характеристик работы центробежного насоса, совместной работы двух насосов, включенных в сеть параллельно и др.

Изобретение относится к оборудованию для демонстрационно-практического изучения основных гидродинамических процессов и может быть использовано при изучении критерия Рейнольдса, режимов преобразования форм энергии потока жидкости (уравнение Бернулли), примеров практического применения уравнения Бернулли - расходомер Вентури, гидравлических сопротивлений с построением виртуальных гидравлических схем, с измерением гидравлических параметров и одновременным построением графических зависимостей на мониторе персонального компьютера и копированием на жестких носителях информации.

Изобретение относится к созданию учебных пособий, наглядно поясняющих явления природы. .

Изобретение относится к устройствам для проведения лабораторных работ по курсу «Гидравлика». Устройство для доказательства трех свойств весового гидростатического давления содержит замкнутую емкость, выполненную из тонколистового материала и имеющую поверхности, наклоненные к горизонту под разными углами, соединенные с емкостью прозрачные трубки-пьезометры. Одна из трубок, с воронкой, служит для наполнения емкости водой. Другие трубки выполнены как сообщающиеся сосуды для фиксации уровней воды на одном горизонте. Две трубки присоединены к емкости на одном уровне, но к различно наклоненным поверхностям емкости, а одна подключена у дна емкости. В различно наклоненных к горизонту поверхностях емкости просверлены отверстия с возможностью закрывания их пробками, служащие для визуального наблюдения траекторий струек воды. 1 ил.
Наверх