Способ определения теплового потокак поверхности раздела фаз при замо-раживании жидкости

 

Союз Советсннх

Соцналнстнчесннх

Республнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К -АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

<«851126

l с (61) Дополнительное к авт. свид-ву

<51) М. Кп. (22) Заявлено 11,1179 (21) 2837005/18-10 с присоединением заявки Йх

G 01 К 17/00

Государственный комитет

СССР по делан изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30,0 l81. Бюллетень N9 28

Дата опубликования описания 300781 (>3) У4К 533. 59 (088.8) (72) Автор изобретения

А. A. Цернант д

Ч -:1

i

Новосибирский филиал Всесоюзного научно- сследовательского института транспортного строител ства . (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА

К GOBEPXHOCTH РАЗДЕЛА ФАЗ ПРИ ЗАМОРАЖИВАНИИ

ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к. тепломет,рии и предназначено для исследования ;направления и величины теплового по,тока в замораживаемом объеме воды или влажного .грунта.

Известен способ определения параметров теплового потока к поверхности, основанный на регистрации линий теплового потока (1) .

Известный способ предназначен для визуального наблюдения картин теплового поля различных поверхностей и не может обеспечить определение па" раметров теплового потока в замораживаемой жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения теплового потока к поверхности раздела фаз при замораживании жидкости, основанный на регистрации линий теплового потока и последующем определении теплового потока расчетным путем 2;1.

Однако известный способ не обеспечивает определение теплового потока при замораживании жидкости с требуемой точностью, так как ведется регистрация изотерм, расположенных на поверхности исследуемого объекта.

Кроме того, нанесение термоиндикаторных покрытий является достаточно трудоемкой операцией, а считывание информации с таких покрытий требует сложного оборудования.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что исследуемую жидкость перед замораживанием насыщают газом, выдерживают при температуре выше температуры фазовых переходов до появления пузырьков газа на охлаждающих по.верхностях, фиксируют скорость нарастания замороженной массы жидкос15 ти, а величину теплового потока определяют по формуле с " и, :где ф — скрытая теплота фазовых превращений

Ю и — скорость нарастания замороженной массы жидкости.

Для реализации способа используется сосуд с водой, в который вводится модель исследуемого тела. Стенки со 5 суда выполнены из оргстекла, и на них нанесена масштабная сетка.

Способ осуществляется следующим образом.

В основу способа положено исполь30 зование явления окклюзии rasa npu

851126

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 замерзании насыщенной газом жидкости, поэтому замораживанию жидкости предшествует насыщение ее газом, выдерживание при положительной температура до тех пор, пока на поверхности замораживающих элементов появляются прилипшие к ним пузырьки газа, растворенного в воде, и охлаждение жидкости до температуры фазовых переходов.

В качестве замораживающих элементов используют стенки сосуда, в который налита, например, вода, или поверхность погруженных в жидкость моделей различных устройств, охлаждаемых воздухом или другим теплоносителем. Пузырьки газа, начиная от поверхности охлаждающих устройств, образуют в 15 постепенно остывшей массе цепочки пузырьков. Цепочки пузырьков окклюдированного газа также, как вектор теплового потока, направлены по нормали к изотермической поверхности 2О раздела фаз. Их регистрируют, например, путем объемного фотографирования при сильном освещении или просвечивании рентгеновскими лучами.

Для того, чтобы определить не только направление, но и величину вектора теплового потока, фотографирование затвердевшей массы производят периодически через фиксированные промежутки времени. Тогда, зная объем и плотность намерзшего эа оп- З ределенное время льда, теплоемкости льда и воды и теплоту фазового превращения, определяют величину теплового потока на интересующем участке поверхности раздела фаз, по формуле

Ч -р

В тех случаях, когда излучают параметры теплового потока из охлаждаемой среды к одному или нескольким участкам охлаждающих элементов, по- Щ груженных в жидкость или ограничивающих ее с поверхности, с остальных участков поверхностей этих элементов перед началом замораживания прилипшие пузырьки газа удаляют с помощью мягкой кисточки.

Фотографирование производят с нескольких сторон так, чтобы по масштабным фотографиям можно было измерить размеры и форму массы льда, а также параметры траекторий пузырьков газа.

Если замораживание производят в направлении от поверхности сосуда внутрь, например, при,изучении на модели процессов замерзания влажного ээ грунта в насыпи с теплоизоляцией на его откосах или основной площадке, в сосуд помещают теплоиэолированный, например, коаксиальный трубопровод для отвода воды в резервный сосуд 4щ при повьыении давления в воде, выз.ванным в замкнутом сосуде увелйчеВНИИПИ Заказ 6316/55 Т нием объема при превращении воды в лед.

Предлагаемый способ в отличие or известного позволяет прямым методом

f (а не косвенным ) определять параметры теплового потока на границе раздела фаз при эатвердевании насыщенной газом жидкости .

Наряду с повыаением точности предлагаемый способ позволяет при извест- ном значении коэффициента теплопровод-. ности льда вычислить величину градиента температур, а при измерении одновременно температур и величины и направления теплового потока — вычислить величину коэффициента теплопроводности затвердевшей массы или жидкости. Следовательно, предлагаемый прямой способ регистрации параметров теплового потока может рассматриваться одновременно как косвенный метод определения температурного градиента или коэффициента теплопроводности. Способ технологичен, прост, общедоступен, не требует какого-либо специального оборудования, может быть использован для изучения объемных йараметров тепловых потоков к элементам замораживающих систем произвольной форьи, удобен для визуального изучения качественной картины промерэания различных сооружений на моделях, обеспечивает возможность исследования процессов теплообмена тел сложной формы,для которых аналитические решения не найдены.

Формула изобретения

Способ определения теплового потока к поверхности раздела фаз при замораживании жидкости, основанный на регистрации линий тепловых потоков в исследуемом объекте и последующем определении теплового потока расчетным путем, о т л и ч а юшийся тем„ что, с целью повышения точности измерения, исследуемую жидкость перед замораживанием насыщают газом и выдерживают при темпе ратуре выше температуры фазовых переходов до появления пузырьков газа на охлаждающих поверхностях, фикси" руют скорость нарастания замороженной массы жидкости,а величину теплового потока q определяют по формуле

q Р где р — скрытая теплота фазовых пре-, вращений;

w — - скорость нарастания замороженной массы жидкости.

Источники информации, принятые во внимание .при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 450971, кл. G 01 К 11/12, 13.11.72»

2. Авторское свидетельство СССР

В 306362, кл. G 01 К 17/00, 13.11.70 (ирототип); ираж 907 Подписное