Способ определения обобщенного коэффициента теплопередачи

 

.Ф,/ь

4 Ч "т*

" итио-тс:хннчесиаеу Мйио теид МБА,1,746265

Союз Советских

Социалистических

Республик

©: .-К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. сйиЛ-sy (5l)М. Кл.

2 (22) Зая влено 03,04.78 (21) 2597345/18-25

1 с присоединением заявки №вЂ”

G 01 N 25/18

Государственный кемитет (23) Приоритет

II0 делам изобретений и открытий

Опубликовано 07.07,80. Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 07.07.80 (53) Уд ((536.2 (088.8) (72) Автор изобретения

А, М. Петренко (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБОБЩЕННОГО

КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при тепловых расчетах пневматических и пневмогидравлических систем, работающих под давлением.

При исследовании динамических тепловых процессов для расчетов тепловых потерь энергии используют различные формулы, содержащие определенные термические коэффициенты и, в частности, коэффициенты теплопередачи. Как правило, определение этих коэффициентов осуществляется по расчетным зависимостям, 10 содержащим экспериментально полученные величины изменения температуры в граничных точках и количество тепла, проходящего через исследуемую поверхность. Известны способы

1З определения коэффициентов теплопередаы отдельных элементов и рабочей среды системы, основанные на измерении температуры слоя при заданном количестве тепла и направлении теплового потока (1) .

Известен способ "коаксиальных цилиндров", основанный на переносе телла через газ, заключенный между поверхностями двух коаксиальных цилиндров (2).

Поверхность внутреннего цилиндра нагревают до температуры Т1, а поверхность внешнего цилиндра нагревают до температуры Т,.

Температуры Т, и Т, поддерживают постоянными во времени.

При использовании метода регулярного режима коаксиальных цилиндров, нагреватель внутреннего цилиндра включают на небольшой промежуток времени, соответственно его температуру повышают до Т1О и он приобретает избыточную температуру dT„, = Т,о — Т, по отношению к температуре Ò внешнего цилиндра, которая на протяжении опыта остается постояннои. После выключения нагревателя начинается процесс свободного охлаждения внутреннего цилиндра.

Аналогичный характер расчета коэффициента теплопередачи проводят по другим существующим спбсобам. Однако существующие способы обеспечивают определение коэффициента теплопередачи отдельного элемента системы или рабочей смеси в определенных жестких условиях изоляции (по давлению и теьятературе) и количеству тепла, проходящего через исслелуемую

Т вЂ” То FЬт

Р; — Poof

К =(и г )

Р. — PpC F tp

3 74б2 поверхность. Таким образом, для расчета коэффициента теплопередачи сложной системы- требуется определить коэффициенты теплопередачи всех деталей и рабочих. смесей, после чего рас чет-произвести в следующей зависимости:

К ftl т (обобщ.) — 1 + g g, y-s + — 1 " 2 где а1 и а — коэффициенты теплопередачи or 0 горячего теплоносителя к стенке и от стенки к холодному телу;

6; и Л; — толщина слоев (отенок) и коэффициенты теплопроводимости слоев и элементов. 15

Следует отметить, что значительную погрешность в расчет обобщенного коэффициента теплопередачи внесут параметры слоев> которые учесть в расчетах не представляется возможным.

Это прежде всего. состояние сопрягаемых поверхностей многослойных элементов; наличие контактных пленок газа, жидкости и различных окислов; разнородность материальных узлов деталей и элементов системы; раэностенность; загрязненность и другие параметры. 25

65 4 ратуру, При условии постоянства объема газа процесс изменения параметров состояния системы будет описываться изохорой.

Тепловой поток, подводимый или отводимый за определенный промежуток времени можно выразить общепринятой зависимостью. Следовательно, изменения параметров состояния газа при изохорном процессе в результате теплообмена будет иметь вид:

Кт" (Tp — Т) et

rpe К . — . коэффициент теплопередачи;

F — площадь теплообмена;

Т и Т вЂ” температура окружающей среды и газа.

Разделяя переменные в уравнении, получают выражение, определяющее изменение параметров состояния системы в зависимости от длительности теплообменного процесса.

Таким образом, расчетные зависимости будут иметь вид:

Целью изобретения является увеличение точности и быстродействия определения обобщенного коэффициента теплопереда ш.

Поставленная цель для замкнутых и герметичных, пневматических и пневмогидравлических систем, работающих под давлением, достигается путем создания с помощью поршневого устройства политропного сжатия (или расшире"ния) рабочего газа с последующей регистрацией во времени и различных точках системы измерения параметров состояния газа (давления и температуры) при его постоянном объеме. Скорость сжатия или расширения газа выбирают такой, чтобы исключить изотермический процесс. Предельная величина давления должна быть ограничена допустимой по погрешности и герметичности для данной системы. Основой расчетных зависимостей, по которым определяют обобщенный коэффициент теплопередачи, служит следующее положение. При политропном изменении состояния газа в системе аккумулируют энергию, эквивалентную некоторому количеству тепла, характеризуемого определенным соотношением параметров состояния газа, в частности температурой (с одной стороны основной термодинамической функцией, определяющей состояние газа, а с другой, при наличии разности температур, двух тел), служащей причиной теплообмена между телами. Поскольку

, система не изолирована от окружающей среды, то в определенный момент времени наблюдают перераспределение теплового баланса между телами (средами), имеющими различную темпегде Ро, Го иР,Т

Р; Т;

40 соответственно начальные и.. конечные давления и температуры после динамического сжатия газа; текущие значения параметров системы при иэохорном процессе;

З

G — масса газа для данного постоянного объема;

F — поверхность теплообмена; — степень сжатия;

5t — время, в течение которого состояние параметров газа изменилось от Р .. Т до

P;, Tl.

Устанавливая в системе датчики температу— ры и давления по осциллографической записи изохорного изменения во времени температуры и давления в системе по выражениям определяют обобщенный коэффициент тейлопере. дачи (для установившегося температурного состояния всех элементов системы).

Пример. Определим обобщенный коэффициент теплопередачи системы состоящей из коэффициента теплопередачи металлического цилиндра, частично заполненного жидкостью и газом с поршневым устройством, Газ и жидкость находятся над поршнем в замкнутом герметическом объеме.

В газовой полости устанавливают датчики давления и температуры, а также на поверхнос. 746265 6 всех эле- датчиков давления и температуры в системе) на штатном образце. Ускоряется процесс рассжимают счета величины коэффициента теплопередачи ма V системы. Повышается точность определения ния новы- обобщенного коэффициента теплопередачи сиет избы- стемы за счет проведения исследований на темах, где штатных образцах изделий.

Способ определения обобщенного коэффициента теплопередачи различных сред, заключающийся в том, что в среде устанавливают датчики, определяющие состояние среды, определяют изменение количества тепла, переданное в единицу времени и по известным зависимостям определяют коэффициент теплопередачи, отличающийся тем,что, с целью увеличения точности и быстродействия определения, в заданный промежуток. времени изменяют давление и температуру среды со скоростью, исключающей изотермический процесс, затем проводят; изохорное изменение параметров среды и регистрируют давление и температуру во времени, по которым определяют искомый коэффициент.

Составитель В. Гусева

Техред А. Щепанская Корректор М. Коста

Редактор Л. Курасова

Заказ 3930/30 Тираж 1019

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное чилиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4

5 ти цилиндра (положим температура ментов Тз).

Используя поршневое устройство, газ в системе (динамически) до объе

При этом температура газа и давле сятся до Г и Р, т.е. газ приобрета точную температуру ҄— То. В сис отсутствует поршневое устройство, предусматривают возможность подсоединения поршневого устройства подобранного или изготовленного 1О Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я специально.

Проводят запись изохорного изменения температуры и давления во времени or положения, определяемого параметрами T и Р .

Выбирают на графике промежуток времени (достаточно малой величины or.001 с до 0,5 с в зависимости от характера процесса) определяют для данного промежутка измерения температуры и давления (Т, P) газа и поверхности окружающих элементов, жидкости и среды, Зная (расчитав) F G, определяют по таблицам С вЂ” для данных условий состояния

v среды, имея измерения непосредственно в системе Тр, Т, Т, pp Р Р; Ьт по зависимостям определяем К . 25

Использование предлагаемого способа определения обобщенного коэффициента тенлопередачи системы по сравнению с существующими способами обеспечивает следующие преимущест- Источники информации, ва. зв принятые во внимание при экспертизе

Представляется возможность получения ве- 1. Шашков А. Г, и др. Теплопроводность личины обобщенного коэффициента теплопере- газовых смесей. М., "Энергия", 1970, с, 174. дачи системы как в целом, так и остальных 2, Михайлов М. А. Основы теплопередачи. ее элементов (в зависимости от расстановки М,, "Энергия" 1973, ". 32 (прототип).