Устройство для измерения составляющих теплового потока при внешнем тепломассообмене (его варианты)

 

1. Устройство для измерения со ставлякяцих теплового потока при вне . нэм тепломассообмене, содержащее , тепломеры,установленные соосно на размещенной между ними тепловыравни вакяцей пластине,снабженной тепловым . шунтом, отличающееся те что, с целью повышения точности измерения массообменной составляющей, периферийные части тепломера, наход 1цегося в контакте с объектом измере :$(- l li1l | ini IlIWMIIVniniHini | l-: ния, и тепловыравнивающей пластины перфорированы, при этом отношение площади пластины к.площади поверхности ее контакта с тепловым шунтом в виде слоя капиллярно-пористого материала не превышает 1,1. 2.Устройство для измерения составляющих теплового потока при внешнем тепломассообмене, содержащее тепломеры , установленные соосно на размещенной между ними тепловыравнивающей пластине, снабженной тепловым шунтом, о т ли чаю. щее с я тем, что, с целью повышения .точности измерения массообменной составляющей, тепломеры выполнены идентичньплипо размерам, а периферийная часть тепловыравнива- g ющей пластины, вне зоны контакта с теп ломе , перфорирована, при этом отношение площади пластины к площади поверхности ее контакта е тепловым шунтом в виде слоя капиллярно-пористого материала не превышает 1,1. 3.Устройство по ПП.1 и 2, о т л и ч аю щ еес я тем, что тепловой шунт выполнен съемным из материала объе.кта измерения. ft 3 21

„.SU„„ 1076776 A

СОЮЗ СОВЕТСКИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 С 01 К 17

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н дато скому свидкткльствм

4. (РЪ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3416054/18-10 (22) 29.03.82 (46) 28.02.84. Бюл.9 8 (72) Л.В.Декуша, О.A.Ãåðàùåíêo, Т.Г.Грищенко и В.Г.Федоров (71) Институт технической тепло физики АН УССР (53) 536.629.7(088.8) (56) 1. Заявка 9 2792502/18-10, . кл.G 01 К 17/08, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 851227, кл.0 01 N 25/18, 1979 (прототип). (54) УСТРОЙСТВО. ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ПРИ ВНЕШНЕМ

ТЕПЛОМАССООБМЕНЕ (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1. Устройство для измерения со ставляющих теплового потока при внеш.нем тепломассообмене, содержащее. тепломеры,установленные соосно на размещенной между ними тепловыравнивающей пластине, снабженной тепловым шунтом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения массообменной составляющей, периферийные части тепломера, находящегося в контакте с объектом измерения, и тепловыравнивающей пластины перфорированы, при этом отношение площади пластины к,площади поверхности ее контакта с тепловым шунтом в виде слоя капиллярно-пористого материала не превышает 1,1.

2. Устройство для измерения соста-. вляющих теплового потока при внешнем тепломассообмене, содержащее тепломеры, установленные соосно на размещенной между ними тепловыравнивающей пластине, снабженной тепловым шунтом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения .точности измерения массообменной составляющей, тепломеры выполкены идентичными по размерам, а периферийная часть тепловыравнива- I ющей пластины, вне зоны контакта с тепломер ми, перфорирована, при этом фф отношение площади пластины к площади Ю поверхности ее контакта с тепловым шунтом в виде слоя капиллярно-пористого материала не превышает 1,1. д

3. Устройство по пн.1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что тепловой шунт выполнен съемным as матери107б77б

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения теплового потока и его составляющих на границе раздела фаэ .при внешнем тепломассообмене.

Известно устройство для измерения потоков тепла и массы, преимущественно в горных выработках, содержащее перфорированные тепломеры, покрытые капиллярно-пористым материалом и установленные на перфорированной тем10 пературовыравнивающей пластине, причем капиллярно-пористое покрытие.одного из тепломеров выполнено влагонепроницаемым с помощью нанесения на 5 его поверхность сплошной влагоизолирующей пленки f13.

Недостатком устройства является наличие значительного термического сопротивления между поверхностью раздела фаэ и температуровыравнивающей пластиной, состоящего иэ суммы термических сопротивлений.тепломера и материала, что приводит к значительной разности температур между поверхностями тепломеров, имеющих различные покрытия, и неидентичности

"сухой" составляющей теплового потока для этих тепломеров и соответствен ния лов сущ пре для тов тел сло но к большой погрешности измере массообменной составляющей тепого потока.

Наиболее близким по технической ности и достигаемому результату к длагаемому является устройство определения локальных коэффициен-35 теплоотдачи, содержащее измериьную головку, выполненную многойной, состоящей иэ чередующихся

Однако измерение массообменной сотепломеров, между которыми размещена температуровыравнивающая пластина, причем на ее поверхности, обращенной к движущейся среде, смонтирован тепловой шунт.

В этом устройстве плотность теплового потока, пронизывающего тепловой шунт, определяют беэ введения s цепь термических сопротивлений между поверхностью раздела фаэ и поверхностью температуровыравнивающей пластины дополнительного термического. сопротивления обусловленного наличием тепломера (2 1.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем тепломеры, установленные соосно на размещен-60 ной между ними тепловыравнивающей пластине, снабженной тепловым шунтом, периферийные части тепломера, находящегося в контакте с объектом измере-, ния, и тепловыравнивающей пластины ставляющей теплового потока,с помощью .укаэанного устройства затруднено..

Цель изобретения — повышение точ- 55 ности, измерения массообменной составляющей. перфорированы, при этом отношение площади пластины к площади поверхности ее контакта с тепловым шунтом в виде слоя капиллярно-пористого ма- териала не превышает 1,1.

Во втором варианте исполнения поставленная пель достигается тем, что тепломеры выполнены идентичными по размерам, а перчферийная часть тепловыравнивающей пластины, вне зоны контакта с тепломерами, перфорирована, при этом отношение площади пластины к площади поверхности ee,контакта„ с тепловым шунтом в виде слоя капиллярно-пористого материала не превышает 1;1.

Ф

Второй вариант устройства благодаря использованию только унифицированных тепломеров без перфорации более прост в изготовлении.

Для обоих вариантов устройства тепловой шунт может быть выполнен съемным из материала объекта измерения.

На фиг.1а и 6 изображена измерительная головка устройства по первому варианту исполнения и схема ее размещения на объекте соответственно, на фиг.2 cr, Ь,в — измерительная головка устройства по второму варианту и схемы размещения ее на объекте соответственно.

Устройство по первому варианту исполнения содержит измерительную головку, состоящую из чередующихся тепломеров 1 и 2 и размещенной между ними температуровыравнивающей пластины 3. Периферийные части пластины

3 и тепломера 2 перфорированы. На поверхности тепломера 1 размещен датчик 4 температуры, используемый при определении коэффициента теплоотдачи, температуры отнесения и, при надобности,. величины скрытой теплоты преобразования, необходимой при расчете. патока массы.

В рабочем положении измерительной головки устройства на объекте 5 измерения, влажном каниллярно-пористом материале (фиг.16), на перфорированной части пластины 3 устанавливают тепловой шунт, выполненный из материала объекта или из модельного материала, по своим характеристикам близкого к материалу объекта, что обеспечивает равенство интенсивности испарения с поверхности теплового шуита и поверхности объекта, при равенстве потенциалов переноса на обеих поверхностях, Необходимо, чтобы отношение площади пластины 3 к площади поверхности ее контакта с тепловым шунтом б было не более 1,1, так как при этом искажение теплового потока в зоне установки устройства по сравнению с тепловым потоком, проходящим через поверхность раздела фаз без

1076776

К = у"- —

Р Г. пл = („- с р) "о„,, где t и t - температура соответ1 ственно поверхности тепломера 1, измеряемая датчиком 4, и движущейся среды.

Устройство по второму варианту исполнения работает следующим образом.

Поверхности пластины 3 обезжиривают и устанавливают на ее перфорированной части тепловой шунт б, после чего устройство (обычно предварительно увлажненное) устанавливают на поверхности раздела фаз объекта 5 в специально подготовленное посадочное гнездо (фиг.26) и регистрируют сигналы тепломеров 1 и 2 и датчика 4. устройства, в самом неблагоприятном случае составит менее 3%.

Устройство по второму варианту содержит измерительную головку (фиг.2, a) с тепломерами 1 и 2, смонтированными на частично перфорирован- 5 ной температуровыравнивающей пластине 3, расположенной между ними. На поверхности тепломера .1 размещен датчик 4 температуры.

В рабочем положении устройства на (О объекте 5 измерения (фиг.2,6) на перфорированной части пластины 3 размещен тепловой шунт б, выполненный из материала объекта. Тепломеры 1 и

2, смонтированные на неперфорирован- 5 ной части пластины 3, расположены соосно, причем диаметр тепломера 2 не превышает диаметра тепломера 1. Последнее необходимо для того, чтобы тепломер 2 не препятствовал прохожде-20 нию влаги к тепловому шунту б.

Тепломер 2 изготовлен с теплопроводностью не меньшей, чем максималь-но возможная теплопроводность материала исследуемого объекта 5, при условии, что отношение его диаметра к толщине больше 20. Последнее получено на основании анализа зависимости коэффициента концентрации потока тепломером от относительной теплопро водности и относительных его размеров для случая расположения датчика на поверхности полуограниченного тела при граничном условии первого рода, обеспеченном в данном случае наличием пластины 3. 35

В тех случаях, когда поле темпе.ратур исследуемого объекта заведомо неодномерно, для исправления последнего устройство дополняют еще одной 40 полостью перфорированной температуровыравнивающей пластиной 7, отделен,.ной от измерительной головки слоем материала исследуемого объекта, ограниченного по периферии теплоиэоля- 45 ционным кольцом 8 (фиг.2,В ). устройство по первому варианту исполнения работает .следующим образом.

Поверхности HJlGCTHHH 3 H мера 2 обезжиривают и на открытой части поверхности пластины 3 устанав. ливают тепловой мунт б. После этого устройство (обычно предварительно смоченное жидкостью) устанавливают эаподлицо с поверхностью раздела фаэ 55 ,объекта измерения (фиг.1,6) и записывают сигналы тепломеров 1 и 2 и датчика 4 температуры.

Искомые величины определяют по следующим зависимостям. á0

Для плотности результирующего те,плового потока q

qX = (ца — q1F / „„)K„(где (и (- - плотности теплового потока., измеряемые тепломерами 1 и 2,. причем о„„ соответствует: конвективной составляющей((т.е..

"сухой"), F u F - площади поверхности

2 соответственно тепломера 1 и пластины

3) - коэффициент, учитывающий соотношение площадей.тепломера

1 и пластины 3.

Для массообмейной составляющей g> (2 () 1 (2 1) или 1)КР КЗ ( где К = 1 +ец(- коэффициент, учитывающий влияние термического сопротивления между поверхностью пластины 3 и поверхностью раздела фаз; р - термическое сопротивление тепломера .

1 и теплового шунты б (при условии их равенства) а(- — коэффициент .тепло,„ отдачи;;

К =(1+ Л вЂ - )- коэффициент, учитыЪ вающий неиэотермичность пластины 3 (при правильном подборе материала .и размеров пластины К х1);

7. и 7 . - среднеинтегральная

1 2 температура поверхР ности пластины 3 соответственно под тепломером 1 и тепловым шунтом 6.

Для .коэффициента теплоотдачи

1076776 ном выборе размеров и матери" ала К 1), — - число Био.

Z > f

Составитель Н.Соловьева

Редактор Н.Руднева Техред О.Неце Корректор A.Òÿñêî

Заказ 733/39 Тираж 823 Пбднисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Величину q a q>, в предположении, что теплопроводность тепломера 2 близка к теплопроводности материала объекта и основной поток тепла от него направлен перпендикулярно пластине

3, определяют по следующим зависимос- 5 тям: (n -q )K К К

q> q + (q -q )K

2 t . Ч -Ч (+8, где, „2 1 l - коэффициент, Ф (, Я, учитывающий

61 неизотермичность пластины

3 (при правиль

Повьпаение точности определения массообменной составляющей теплового потока достигается в предлагаемом устройстве путем оптимизации поправочных коэффициентов К и К„,.

Погрешность измерения с йомощью предлагаемого устройства (его вариантов) находится в пределах 6-6,5% в то время, как для базового объекта Е1 3 ее величина составляет 12%.