Способ определения коэффициента конвективной теплоотдачи и стенд для его осуществления

 

Изобретение может быть использовано при проведении теплофизических измерений и позволяет повысить точность определения коэффициента теплоотдачи при аналоговом моделировании. При этом в кожух устанавливают модель, выполненную из сублимирующегося вещества, обдувают ее потоком газа с давлением меньше атмосферного, величина которого определяется по зависимости P = (1,3 - 2,0)T<SP POS="POST">3/2</SP>(1/M<SB POS="POST">G</SB> + 1/M<SB POS="POST">S</SB>)<SP POS="POST">1/2</SP>/(*98HΣ<SP POS="POST">2</SP>Ω), где P - давление модельного газа, Па

T - температура модельного газа и сублимирующегося вещества, К

M<SB POS="POST">G</SB>, M<SB POS="POST">S</SB> - масса модельного газа и сублимирующегося вещества

ν - кинематическая вязкость модельного газа, м<SP POS="POST">2</SP>/с

σ - константа взаимодействия Леннард-Джонса, м

Ω - интеграл столкновений для сублимации. Рециркулирующий поток газа поддерживают постоянного количества, а в качестве газа используют воздух. Определяют температуру газа и поверхности модели, плотность паров сублимирующегося вещества и массовую скорость сублимации. Стенд для определения коэффициента теплоотдачи содержит камеру, к которой подключен вакуумный компрессор. Внутри камеры установлен кожух и устройство для прокачивания газа. 2 с.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 К 17/20

ГОСУДАРСТВ: ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4453861/31-10 (22) 31.05.88 (46) 23.08.91, Бюл.М31 (71) M ГТУ им, Н.Э. Баумана (72) С.Н.Караваев (53) 536.24.083(088,8) (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА КОНВЕКТИВНОЙ ТЕПЛООТДАЧИ И СТЕНД ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано при проведении теплофизических измерен«й и позволяет повысить точность определения коэффициента теплоотдачи при аналоговом моделировании. При этом в кожух устанавливают модель, выполненную из сублимирующегося вещества. обдувают ее потоком газа с давлением меньше атмосферного, величина которого опоереляется по зависимости P = (1,3 — 2,0) Т (1/Мц +

Изобретение относится к области теплофизических измерений, в частности к определению коэффициента теплоотдачи, и может быть использовано при аналоговом моделировании процесса теплрогдачи.

Целью изобретения является повышение точности.

На чертеже показана принципиальная схема стенда для определения коэффициента теплоотддчи.

Стенд содержит кожух 1 со съемной крышкой 2 и устройство для прокачивания га "а, состоящее из компрессора 3, кинематически связанного с ним электродвигателя, блока управления (не показаны), Внутри ho жуха 1 размещены модели 4 и установлен,, Ы,, 1672242 A |

1/Ms) /(т 0Р Й) где Р— давление модегь1/2 ного газа, Па; Т вЂ” температура модельного

-аза и сублимирующегося вещестз, К; Мь.

М; — масса модельного газа и сублимирующегося вещества; и — кинематическая вязкость модельного газа, м /c; гт — константа

2 взаимодействия Леннард-Джонса, м; Qинтеграл столкновений для сублимации.

Рециркулирующий поток газа поддержива ют постоянного количества, а в качестве газа используют воздух. Определяют емпегатуру газа и поверхности модели. плотность паров сублимирующегося ве,це ства и массовую скорость сублимации.

Стенд для определения коэффициента ief1noo pa содержит камеру, к которой подключен вакуумный компрессор. Внутри камеры установлен кожух и устройство для прокачивания газа, 2 с.п.ф-лы, 2 з.п,ф-лы, 1 ил. фильтр 5, выполняющий такж, ункции стабилизатора потока. Кожух 1 р: .: =.щен в камере 6 с возможностью открытог доступа к крышке 2. К камере 6 своим входным патрубком подключен вакуумный компрессор

7, связанный с электродвигателем и блоком управления (не показаны).

Кроме того. к камере 6 может быть с помощью трубопровода 8 с вентилем 9 подключена емкость 10, заполненная модельным газом.

Датчик 11 давления и датчик 12 тел пературы газа установлены в кожухе 1 и вместе с датчиком 13 температуры слоя сублимирующегося вещества, которым покрыта модель 4, присоединены к блоку 14

1672242 контрольно-измерительной аппаратуры. В кожухе 1 установлен расходомер (не показан), Способ осуществляют следующим образом.

Изготавливают модели 4, геометрически подобные оригиналу, таким образом, чтобы поверхность, для которой определяют коэффициент теплоотдачи, была выполнена из сублимирующегося вещества, например нафталина. Модели 4 устанавливают в кожух 1.

При использовании модельных газов, отличных от воздуха, камеру 6 заполняют из емкости 10 модельным газом (если в качестве модельного газа применяют воздух, то эту операцию не выполняют).

Включают компрессор 3 и вакуумный компрессор 7. Регулируя мощность последнего, обеспечивают необходимое давление в камере 6 и, соответственно, в кожухе 1.

Режим течения газа внутри кожуха 1 при моделировании скоростных харак; еристик потока обеспечивают формой кожуха 1, а также управлением компрессора 3.

Время обдува модели 4 определяется многочисленными факторами (характеристики сублимирующегося вещества, скоростные характеристики потока газа и другие), но обычно оно выбирается в пределах (1—

25) 10 с. Во время продувки с помощью датчиков 11 — 13 регистрируют температуру газа, температуру слоя сублимирующегося вещества и давление в кожухе 1. Массовую скорость сублимации находят по величине массы сублимировавшегося во время продувки вещества, определяемой либо двухкратным взвешиванием, либо по изменению профиля поверхности вещества вследствие сублимации, определяемом, например, с помощью профилометра.

Способ реализуют при температуре 290 - 300 К.

Коэффициент теплоотдачи при аналоговом моделировании вычисляют по выражению

h= Sh(Pr/Sc)" (1 - -Р /Р ) il/I. г е h — ко эффи циент те пл о отдачи, Вт/(м К);

Pr — критерий Прандтля;

Sc — критерий Шмидта;

Sh — критерий Шервуда;

Ps, Ря,— парциальное давление насыщенного пара вещества и давление газа в потоке, Па;

n — показатель степени в критериальном уравнении, зависящий от режима течения;

А — теплопроводность газа, Вт/(м К);

1 — характерный размер, м.

При этом погрешность, обусловленная отклонением от аналогии, определяется величиной (Рг/Sc)", 5 Выбирая при моделировании процесса теплоотдачи между твердым телом и газообразным теплоносителем величину давления модельного газа из зависимости (т.е. при Рг=

=-. 0,7 —. 1,1)

P = (1,3 — 2,0).T (1/Mg+ 1/М,) (vо oЩ обеспечивают выполнение условия Sc = Pr.

Следовательно, погрешность, обусловленная отклонением от аналогии, в этом случае отсутствует.

При определении коэффициента конвективной теплоотдачи путем аналогового моделирования предложенным способом повышается точность за счет обеспечения равенства критериев подобия Шмидта при сублимации и Прандтля при теплоотдаче, Формула изобретения

1. Способ определения коэффициента конвективной теплоотдачи между поверхностью твердого тела и газообразным теплоносителем, заключающийся в моделировании скоростных характеристик потока газа, омывающего модель, по меньшей мере часть поверхности которой выполнена из сублимирующегося вещества, измерении температуры газа и поверхности сублимирующегося вещества, определении плотности паров сублимирующегося вещества, измерении массовой скорости сублимации последнего и последующем определении искомого коэффициента, о т ли ч а ю шийся тем, что, с целью повышения

40 точности, создают поток модельного газа с давлением меньше атмосферного, величина которого определяется по зависимости

Р=(1,3-2,0) T (1/Мц+1/Мз) /(т о Я), 45 где P — давление модельного газа, Па;

Т вЂ” температура модельного газа и сублимирующегося вещества, К;

Mg, Ms — молекулярная масса модельного газа и сублимирующегося вещества;

v — кинематическая вязкость модельного газа, Ст; о — константа взаимодействия Леннард-Джонса нм;

Q — интеграл столкновений для сублимации.

2. Способ по и 1, отличающийся тем, что создают рециркулирующий поток постоянного количества газа.

1672242

3. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения определения, в качестве модельного газа используют воздух.

Составитель В.Гусева

Техред М.Моргентал Корректор С.Шевкун

Редактор Л,Гратилло

Заказ 2830 Тираж 364 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

113035, Москва, Ж-35, Раушскэя наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

4. Стенд для определения коэффициента конвективной теплоотдачи, содержащий кожух со съемной крышкой и установленные в нем модели, по меньшей мере часть поверхности которых выполнена из сублимирующегося вещества, устройство для прокачивания газа через кожух, датчики температуры газа и поверхности сублимирующегося вещества и расходомер, установленный на выходе кожуха, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен

5 камерой, вакуумным компрессором и датчиком давления, причем устройство для прокачивания газа и кожух установлены в камере с возможностью открытого доступа к съемной крышке, вакуумный компрессор

10 подключен к камере, датчик давления установлен в кожухе, причем камера и кожух заполнены модельным газом.