Способ определения коэффициента внутреннего теплообмена

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик

iiu920488 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (ы)м. к. . (22)Заявлено 02.07.80 (21) 2976823/18-25 .с присоединением заявки №

G 01 N 25/18

Гееударетеанный кемнтет

СССР ее делам яаобретеннй н етнрытнй (23) Приоритет

Опубликовано 15. 04. 82. Бюллетень ¹14

Дата опубликования описания 15. 04. 82 (53) УДК 536.6 (088.8) (72) Авторы изобретения

1 ь с

В.Д. Дараган, А.Ю. Котов, Г.Н. Мельник

А.Ю. Павлов и А,В. Пустогаров (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО

ТЕПЛООБИЕНА

Изобретение относится к измерительной. технике, а именно к измере" нию величин для определения коэффи« циента теплообмена, и может ебыть ис" пользовано в теплоэнергетике, машино" строении, металлургии и других облас" тях науки и техники.

Известен способ определения коэффициента внутреннего теплообмена 4 включающий нагрев образца токами высокой частоты от индуктора и пропус" кание через пористый материал охладителя. Определение с < в известном способе проводится по измеренным температурам входной и выходной поверхностей образца и температуры газа на входе и выходе из образца 713.

Известный способ -характеризуется невысокой точностью определения коэффициента 1 связанной со значи- > тельными погрешностями измерения температур проницаемых поверхностей при вдуве через них газа термопарами.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ определения коэффициента внутреннего теплообмена, включающий нагрев пористого образца и пропускание через него газа j2).

Данныи, способ характеризуется невысокой точностью определения коэффициента внутреннего теплообмена. Температура поверхностей в различных точках образца неодинакова.

Эта связано с оттоком (подводом) тепла через сопряженные с образцом детали экспериментального узла, неоднородностью материала (отклонение по пористости приводит к отклонению расхода на локальном участке от среднего значения). Для определения средних температур поверхностей образца и температур газа на входе и выходе необходимо размещать на поверхности и вблизи нее большое количество термопар,что существенно усложняет устройство и проведение

3 9 эксперимента. Кроме того, измерение температур поверхностей термопарами существенно снижает точность определения cL за счет отклонений температур из термопарных измерений от истинных. Причинами погрешностей . термопарных измерений в этом случае являются .отток тепла по электродам термопар, обдуваемых газом, загромождение пор спаем термопар, так как размеры спая на порядок и более могут превышать размеры пор.

Использование оптических методов измерения полей температуры поверхностей ограничено низким уровнем температуры поверхности (20-200 С), необходимостью измерения коэффициентов излучательной способности материала, недоступностью для измерений внутренней поверхности цилиндрических образцов.

Q& (та-Tq) коэффициент внутреннего теплообмена; количество тепла; объем образца, соответственно средние по объему температуры материала и газа. где е

Т, и Т Целью изобретения является повы,шение точности определения коэффициента внутреннего теплообмена.

Цель достигается тем, что согласно способу определения коэффициента внутреннего теплообмена, включающему нагрев пористого образца и пропускание через него газа, определяют коэффициент электросопротивления в процессе нагрева образца без пропускания газа, затем без нагрева образца пропускают газ и определяют коэффициент гидравлического сопротивления и далее через нагреваемый образец пропускают газ, измеряют давление на входе и выходе из образца, ток и падение напряжения на образце и по измеренным значениям давлений, тока и напряжения, коэфФициентов гидравлического сопротивления и электросопротивления вычисляют средние по объему образца температуры материала и газа, а коэфФициент внутреннего теплообмена вычисляют по формуле

20488 4

Среднюю по объему образца температуру материала вычисляют по формуле

1дУЕ

1 ш= X(a — 90 ) + Т ю где Т,„ средняя температура материала; температурный коэффициент электросопротивления; падение напряжения по длине образца; ток через образец, площадь сечения образца; длина образца; уровень температуры, от которого определяется подогрев материала; удельное электросопротивление материала при этой температуре, а среднюю по объему образца температуру газа - по формуле

1О АЦ

"е

7%0

>о

20 где Тд - средняя температура газа;.

P> — давление газа на входе в

30 образец;

Р „,„— давление газа на выходе из образца;

- коэффициент гидравлического сопротивления пористого материала;

R — газовая постоянная, n — удельный расход газа .

Уровень температуры, от которого определяется подогрев материала (Т1 о), принимается равным характерной температуре теплового режима,например, средней по объему образца температуре газа (T ), которая близка к температуре материала и поэтому

15 в интервале между ними можно воспользоваться линейной интерполяцией зави. симости электросопротивления от тем-. пературы.

Если температурный коэффициент

50 электросопротивления (A} и коэффициент гидравлического сопротивления исследуемого пористого материала неизвестны, то температурный коэффициент электросопротивления порйстого материала определяется отдельно по

55 известнои методике с измерением тока через образец и падения напряжения на образце в изотермических условиях, т.е. когда температура материала по

920488

5 обьему образца постоянна, коэффициенты гидравлического сопротивления по известной методике с измерением перепада давления и расхода без нагрева образца. 5

На чертеже представлена схема установки для осуществления способа определения коэффициента cL .

Установка состоит иэ цилиндрического пористого образца 1, верхнего 2 t0 и нижнего 3 переходника, рабочей ка- меры 4, расходомерного узла 5,дифференциального манометра 6, шунта 7, потенциальных выводов 8.

Образец 1 соединен с ереходни- 1S ками 2 и 3, являющимися токоподводами и содержащими отверстия для подачи охладителя во внутреннюю полость. образца 1 и измерения давления в этой полости. Узел с образцом размещается 20 в полости камеры 4, предохраняющей материал образца от взаимодействия с воздухом. К образцу присоединены, например, приварены, потенциальные выводы 8 для измерения падения напря-. 2$ жения. Пропускаемый через образец ток измеряется с помощью последовательно подсоединенного шунта 7, расход газа. через образец измеряется расходомерным устройством 5, например,мер.- 30 ной шайбой, перепад давления íà nqристой стенке дифференциальным манометром 6.

Предлагаемый способ осуществляется 3> на приведенной установке следующим образом.

Расчет средней по.объему температуры материала проводят по формуле

1 Up

Т ь (Я ) + T%pl

A Е О где Р - площадь перпендикулярного оси сечения образца;

Т„ - уровень температуры, от. которого определяется подо" грев материала; ро — удельное электросопротивление материала при этой температуре, расчет средней по объему температуры газа — по формуле

13 = (Ь. - Вью. ) (Bm

9. 9. где R - газовая постоянная;

m — - расход газа, отнесенный к площади боковой поверхности

Ф. образца.

Вычисления коэффициента теплообмена проводят по формуле

<„= qn (т,„-т )„, где A — количество тепла, поступающего на образец в единицу времени, Ч вЂ” объем образца.

Нагрев образца может проводиться как пропусканием тока, так и другими способами, например, за счет.лучистого теплового потока на поверхность образца.

Пропусканием холодного газа через пористый образец 1 без нагрева его g0 .током определяется коэффициент гид" равлического сопротивления (для различных значений расхода по измеряемому расходу расходомером и перепаду давления дифференциальным манометром 6. Затем беэ пропускания газа через образец 1 последний нагревается током и по измерениям на шунте току и на потенциальных выводах 8 падения напряжения определяется тем» пературнь1й коэффициент электросопротивления А. ф

Далее пропускают газ через нагре" ваемый током образец, измеряют ток

35 падение напряжения дБ на длинен образца, расход газа через образец, давление на входе в образец Рв и на выходе из образца P b, Формула . изобретения

1. Способ определения коэффициента внутреннего теплообмена, включающий нагрев пористого образца и про-пускание через него газа, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью .повышения точности, определяют коэффициент электросопротивления в процессе нагрева образца без пропускания газа, затем беэ нагрева образца пропускают газ и определяют коэффициент гидравлического сопротивления, и далее через нагреваемый обра-. зец прьпускают газ, измеряют давление на входе и выходе из образца,ток и падение напряжения на образце и по измеренным значениям давлений, тока и напряжения, коэффициентов гидравлического сопротивления и электро920488 т

Р х

Ьых где сопротивления вычисляют средние по объему образца температуры материала и газа, и коэффициент внутреннего теплообмена d,> вычисляют по

Формуле

q/V (T% T9) где 0 - количество тепла, поступающего на образец в единицу времени, V - объем образца, Т,Тр, - соотвтственно средние по объему температуры материала и газа

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что среднюю по объему образца температуру материала вычисляют по Формуле д0 F

Т = — (— — —,рО) +та) 20 е 0

8 догрев материала, К; л - удельное электросопротив- ,гg ление материала при этой температура, Ом и; а среднюю по объему образца температуру газа - по формуле ь е Ь средняя температура газа, К; давление газа на входе в образец, Па, давление газа на выходе из образца, Па; коэффициент гидравлического сопротивления пористого материала; газовая постоянная, Дж/кг.К; удельный расход газа, кг/м . с. где 1>

Tbv0 средняя температура образца, К; температурный коэффициент электросопротивления, ZS

Ом.м/К; падение напряжения.на длине образца, 8, ток через образец, А; площадь сечения образца,м" 30 длина образца,м; уровень температуры, от которого определяется поИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дезидерьев С.Г. и др. Известия высших учебных заведений. Сер. Авиационная техника, 1975, У 3, 36-39.

2. Галицейский Б.И., Ушаков А.H.

Исследование стационарных и нестационарных процессов теплообмена в пористых элементах, Сб. трудов МАИ, вып . 463, 1978, с. 48-52,(прототип) .

920488

Составител Н. Проскурина

Редактор H. Горват Техред И. Гайду Корректор Ю. Макаренко, Заказ 2325/44 Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Раувская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4