Устройство для определения локальныхкоэффициентов теплоотдачи

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ВТВЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (u)851227 (6Ц Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 020879 (21) 2788110/18-.25 (51)М. Кл З с присоединением заявки HP

G 01 и 25/18

Государственный комитет

СССР ао делам изобретений н открытий (23) Приоритет (5Ç) ПЖ 536,24,083 (088. 8) Опубликовано 30.0 781. Бюллетень HP

Дата опубликования описания 300781 (72) Авторы изобретения

Л.В.Декуша, В.Г.Федоров, ОЛ.Геращенко и Т.Г. Гриценко.Ф

Институт технической теплофизики AH Украинской CCP (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКИЗЬНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ

ТЕПЛООТДАЧИ

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть ис-. пользовано для определения локаль« ных коэффициентов теплоотдачи между теплообменной поверхностью и омывающей ее средой, Известно устройство для определения локальных коэффициентов теплоотдачи, содержацее твпломер для измерения плотности теплового потока и, дифференциальную термопару для измерения разности темнвратур между поверхностью тепломвра и омывающей средой, причем тепломер устанавливают заподлицо с поверхностью теплообмена. Устройство позволяет определять коэффицивйты теплоотдачи при, любом направлении теплового потока (как or объекта к среде., так и наоборот при исследовании теплообмена тел различной формы. (1)Однако в известном устройстве с простым и удобным способом измерения плотности теплового потока чувствительным тепломвром сохраняется измерение температуры специальным термозондом, который устанавливают в оьвеваюцем теплообменную поверхность потоке среды, что приводит к искажениям гидродинамических условий в зоне З0 установки устройства и снижению точности определения коэффициента твплоотдачи. К увеличению погрешностей определения коэффициентов теплоотдачи приводит также необходимость в измерении сигналов разных порядков от тепломвра и термозонда, что особенно сказывается при исследовании интенсивного теплообмена при малых разностях температур между поверхностью и средой. Кроме того, для устройств, предусматривающих измерение плотности теплового потока и перепада температур, характерен общий недостаток, заключающийся в трудности определения места замера температуры среды для корректного расчета локального коэффициента теплоотдачи.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения локальных коэффициентов теплоотдачи, содержащее измерительную ячейку с установленными на температуровыравнивающвй пластине тепломерами и регистрирующий прибор (2)и (3).

Однако такое устройство имеет ограниченное применение.

Цель изобретения — повышение точности определения локальных коэффи-

851227 циентов теплоотдачи при одновременном упрощении техники подготовки и проведения измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения локальных коэффициентов теплоотдачи,содержащем измерительную ячейку с установленными на температуровыравнивающей пластине тепломерами и регистрирующий прибор, измерительная ячейка выполнена многослойной, состоящей из поочередно чередующихся тепломеров и температуровыравнинающих пластин, причем около одного из тепломеров смонтирован. тепловой шунт.

Тепловой шунт и температуровыравнивающая пластина между теплометричес-15 кими элементами могут быть выполнены в виде одной детали.

На чертеже изображено предлагаемое устройство. 20

Устройстно содержит теплометрические элементы 1 и 2, соединенные последовательно по тепловому потоку, и тепловой шунт 3, включенный параллельно по тепловому потоку с тепломет- 25 рическим элементом 2. Теплометрический элемент 2 и тепловой шунт 3 смонтированы на температуроныравнивающей пластине 4, выполненной из высокотеплопроводного материала. 30

Оба теплометрических элемента 1 и 2, тепловой шунт 3, температуроныравнивающие пластины 4 н 5 смонтированы в теплоизоляционном корпусе б, который служит для уменьшения теплопритоков через боковые поверхности теплометрических элементов и теплового шунта. Теплометрический элемент 1 контактирует через температуровыравннвающую пластину 5 с.поверхностью исследуемого объекта 7. Таким об- 40 разом, измерительная ячейка выполнена многослойной из поочередно чередующихся тепломеров и температуровыравнивающих пластин.

Для определения локального коэффициента теплоотдачн между поверхностью раздела и движущейся средой предлагаемое jj cTpoAcTB0 устанавливают на исследуемый объект заподлицо с поверхностью. Если устройство ц} по каким-либо причинам приходится устанавливать непосредственно на поверхности раздела, то образонаншнйся уступ необходимо сгладить, например, эпоксидной смолой и подходящим по теплофизическим характеристикам заполнителем для предотвращения изменения гидродинамического погранич,рого слоя.

При расположении теплометричвско- еО го элемента 2 и теплового шунта 3 на общей изотермической поверхности температуровыравнивакщей пластины 4 плотности теплового потока, пронизывающего шунтфш и теплометрический эле-Я мент ф, могут быть определены по уравнениям где — разность между температурой омывающей среды сш и температурой поверхности температуроныравнивающей пластины ср, контактирующей с теплометрическим элементом и тепловым шунтом;

К„ — термическое сопротивление .теплового шунта;

R — термическое сопротивление твплометрического элемента, с(. - локальный коэффициент теплоотдачи.

Плотность теплового потока, прони" зывающего тепловой шунт, может быть определена по уравнению ф,,Г =(,, Р„+{ (Р F () где F — суммарная площадь теплометрического элемента 2 и теплового шунта 3;

F+ - площадь теплового шунта 3, плотность теплового потока к проходящего через теплометрический элемент 1.

Совместное решение приведенных выше уравнений относительно коэффициента теплоотдачи вЕ позволяет получить расчетную формулу, (щд-Re)Fu „"J 11! Ь-1 "

В предлагаемом устройстве возможен вариант изготовления теплового шунта 3 и температуровыраннивающей пластины 4 в виде одной детали из высокотеплопроводного материала (меди, серебра, алюминия) . В этом случае термическое сопротивление теплового шунта R значительно меньше термического сопротивления теплометрического элемента Р.г, что позволяет в приведенной расчет%ой формуле пренебречь его величиной и записать ураннение (3) в виде с F R (4!q2 1) (1) F а т

В качестне теплометрических элементов использованы термоэлектрические батарейные тепломеры.,При пронизынании теплометрического элемента тепловым потоком генерируется термо-ЭДС, пропорциональная. его плотности. Плотность измеряемого теплового потока вычисляется по формуле

Сф=Кр Е, С 5

851227 где К вЂ” рабочий коэффициент тепло метрического элемента," сигнал теплометрического элемента.

Исходя из формулы (5),отношение плотностей теплового потока можно записать в виде и если Рщ « Ry, то

Р с(.= „ „ (к „ -<)

"Ш Т. са) При проектировании устройств для у» определения локальных коэффициентов теплоотдачи выбор геометрических размеров шунта и теплометрических элементов, а также термического сопро- тивления теплометрического элемента

R для устройства с тепловым шунтом и температуровыравнивакщей пластиТ ной, выполненными в виде одной детали из высокотеплопроводного материала осуществляют по соответствуюI

40 щей номограмме.

Таким образом, предла аемое устройство позволяет увеличить точность определения локальных коэффициентов теплоотдачи до 10% при одновременном упрощении техники измерений, что со- Я кращает время проведения экспериментов в 1,5 раза. Увеличение точности определения коэффициента теплоотдачи достигается тем, что измерения „щ;-К„ЕфК,ер=Ке„ Е, . (6) где К вЂ” коэффициент заявляемого Устройства, равный отношению рабочих коэффициентов К,и К и теплометрических элементов

1и 2. „ и 9 -сигналы теплометрических элементов 1 и 2. 3S

Заменив в уравнениях (Э) и (4) отношение плотностей теплового потока о (о отношением термоэлектричеа92 ких сигналов соответствующих теплометрических элементой, получают сле- Я} дукшие выражения для расчета коэффициента теплоотдачи

f (>ë2@2@ p ) (y ) Ьке {е,- )T производят в невозмущенном потоке среды, .омывающей поверхность теплообмена, благодаря .отсутствию термозон» дов в омывающем пбтоке, а также за счет того, что при вычислении величины локального коэффициента теплоотдачи по расчетным формулам (7) м (6) в числитель и знаменатель отношения

E4/ R. подставляются величины одного порядка, измеренные одним вторичным прибором. Упрощение техники подготовки и проведения измерений достигается эа счет исключения из измерительной схемы термозондов для измерения температуры омывающей среды, что приводит к снижению затрат рабочего времени на подготовку эксперимента. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет сократить затраты на вторичную аппаратуру с одновременным сокращением трудозатрат на измерения и обработку опытных данных. формула изобретения

Устройство для определения локальных коэффициентов теплоотдачи, содержащее измерительную ячейку с установленными на температуровыравни-. вающей пластине тепломерами и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения, измерительная ячейка выполнена многослойной, состоящей из поочередно чередуншихся тепломеров и температуровыравнивающих пластин, причем около одного из тепломербв смонтирован тепловой шунт.

Источники информации принятые Во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 147009 кл. С 01 К 17/00, 1960.

2. Федоров В.Г. Теплометрия в пищевой промышленности. М., Пищевая промьзаленность, . 1974 с. 143.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2795070/25/100200, кл. G 01 и 25/18, 05.07.79 (прототип)..

Составитель Н.Преображенская

Техред A. Ач Корректор М.Демчик

Редактор И.Михеева филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Эаказ 6341/бО Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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