Стенд для исследования теплообмена при струйном натекании пара на охлаждаемую поверхность

 

Использование: техническая физика , исследование теплообменных процессов при конденсации паров жидкостей. Сущность изобретения: герметичный корпус с рабочим участком в виде диска с камерой, змеевиком и капиллярно пористым покрытием„ Диск установлен с возможностью поворота, а паропровод - с возможностью возвратно-поступательного движения. Пар через сопло натекает на диск, а получаемый конденсат поступает на капиллярно-пористое покрытие, 5 ила обмена при струйном натекании пара на охлаждаемую поверхность, включающий герметичный корпус, размещенный внутри него рабочий участок в виде диска, Паропровод, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения и фиксации в заданном положении, размещенное на его конце сменное сопло, магистрали подвода и отвода охлаждающей воды и установленное на них мерное устройство. Недостатками известного стенда являются ограниченность области решаемых задач и низкая точность измерений ввиду неизотермичности поверхности рабочего участка и неизменности угла натекания пара на диск. Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей путем создания изотермических условий на рабочем 3. (Л с J со ел н Ё

СООЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Q9) (Иl (р))g G 01 N 25/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н 4 4TOPCKOMV С4444ТВЪСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ГЮ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР (21) 4796602/33 (22) 27.02.90 . (46) 23.05.92. Бюл. > 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский институт прикладной биохимии (72) В.С. Карасев, В,С. Александров, А.Д, Корнеев, E.Н. Пирогов и Б.ф.Слепое (53) 536.6(088.8) (56) Осипова В,А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена."

t1. Энергия, l979, с, 274.

Авторское свидетельство СССР

t" 1366927, кл. с 01 N 25/08, 1986.

Изобретение относится к технической физике, в частности к устройствам, предназначенным для исследования теплообмена и гидродинамики при конденсации паров различной жидкости, Известен стенд для исследования теплообмена при конденсации пара на охлаждаемой поверхности, включающий герметичный корпус со смотровыми окнами и паропроводом, размещенный в нем рабочий уцасток, соединенный с магистралями подвода и отвода охлаждающей воды.

Недостатками известного устройства являются невозможность исследования теплообмена при струйном нате внии пара на охлаждаемую поверхность при различной ориентации поверхности рабочего участка и недостаточная точность измерений.

Наиболее близким к предлагаемому является стенд для исследования тепло"

2 (54). СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛООБНЕНА ПРИ СТРУЙНОМ НАТЕКАНИИ ПАРА НА

ОХЛАУ(ДАЕНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ (57) Использование: техническая физика, исследование теплообменных процессов при конденсации паров жидкостей, Сущность изобретения: герметичный корпус с рабочим уцастком в виде диска с камерой, змеевиком и капиллярно дористым покрытием, Диск установлен с воэможностью поворота, а паропровод - с возможностью возвратно-поступательного движения, Пар через сопло натекает на диск, а получаемый конденсат поступает на капиллярно-пористое покрытие, 5 ил, обмена при струйном натекании пара на охлаждаемую поверхность, включающий а герметичный корпус, размещенный внутри него рабочий участок в виде диска, паропровод, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения и фиксации в заданном положении, размещенное на его конце сменное сопла, магистрали подвода и отвода охлаждающей воды и установленное на них мерное устройство, Недостатками известного стенда являются ограниченность области решаемых задач и низкая точность измерений ввиду неизотермичности поверхнос- З р ти рабочего участка и неизменности yr« ла натекания пара на диск.

Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей путем создания изотермических условий на рабочем

3 173 участке и различных углов натекания— пара на диск, Цель дости ается тем, что стенд для исследования теплообмена при струйном натекании пара на охлаждаемую поверхность, включающий установленный с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси и имеющий смотровые окна герметичный корпус, размещенный внутри него рабочий участок в виде диска, установленный с возможностью возвратно-поступательного .перемещения относительно последнего и фиксации в заданном положении паро - провода, размещенное на его конце сменное сопло, магистрали подвода и отвода охлаждающей воды, и подключенное к ним мерное устройство,снабжен камерой закрепленной на диске со стороны противоположной сменному соплу и размещенным внутри камеры змеевиком, соединенным с магистралями подвода и отвода охлаждающей воды, при этом диск установлен с возможностью поворо-. та вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, плоскость которых совпадает с плоскостью наружной поверхности диска, а точка пересечения находится на геометрической,оси сменного сопла, причем внутренняя сторона диска и камеры выполнены с капиллярно-пористым покрытием, На фиг, 1 представлен стенд для исследования теплообмена при струйном натекании пара на охлаждаемуе поверхность, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-A,íà фиг, 1; на фиг, $ - разрез Б-Б на фиг, 2; на фиг, 4 -узел

I на фиг, 2; на фиг, 5 - вид В на фиг. 2, Стенд для исследования теплообмена при струйном натекании гара на охлаждаемую поверхность содержит герметичный корпус 1 со смотровыми окнами 2. установленный с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси 3, размещенной на стойке 4 и связанной посредством втулки 5 с герметичным корпусом 1, внутри которого размещен рабочий участок в виде диска 6 и.установленный с воэможностью возвратно" поступательного перемещения относительно последнего и фиксации в заданном положении посредством вин а 7 па" ропровод 8, который проходит внутри втулки 5 и является корпусом для уплотнения 9. На конце паропровода 8 размещено сменное сопло 10. К рабоче5752 4 му участку подключены магистрали 11 подвода и отвода охлаждающей воды, на которых установлено мерное устройство (на рисунке не показано) подсоединенное к входному 12 или выходному 13 пат рубкам, имеющимся на герметичном корпусе 1. На диске 6 со стороны сменного сопла выполнена камера 14, на внутренней поверхности которой размещено капиллярно пористое покрытие 15 (например, из нескольких слоев сетки, плотно прижатых к поверхностям). Внутри камеры 14 находится змеевик 16 в виде плоской спирали, соединенный с магистралями 11 подвода и отвода охлаждающей воды, Диск 6 установлен с воэможностью поворота вокруг двух взаимно перпендикулярных осей.

2О Для этого к диску или камере прикреплены накладки 17, к которым присоеди. нены одним концом оси 18 и 19, Другие концы осей размещены в отверстиях рамки 20. При этом верхняя ось име ет буртик, а ее конец. выступающий за пределы рамки, снабжен резьбой и имеет шлиц под отвертку. На резьбе установлена гайка 21. В оси выполнено отверстие, в котором крепится стрелка 22 указателя угла поворота. В свою очередь рамка 20 снабжена осями 23 и 24, вставленными в отверстия герметичного корпуса 1. Для обеспечения герметичности отверстие для оси 23 закрыто крышкой, а для обеспечения герметич35 ности отверстия под ось 24 может быть использована прокладка (не показана),. устанавливаемая между буртиком на оси и стенкой герметичного корпуса 1. Конец оси 24, выступающий наружу, также

4О имеет резьбу для гайки 25, шлиц 26 под отвертку и отверстие для стрелки указателя угла поворота, На герметичном корпусе имеется шкала 27 для указания угла поворота„ Аналогичная шка4 ла выполнена и на рамке 20, Точка пересечения геометрических осей 18-19 и 23-24 находится на наружной поверхности диска 6 и лежит на продолжении геометрической оси паропровода 8,.

Я Внутри последнего, в части, размещенной снаружи герметичного корпуса 1 ю установлен пароперегреватель 28, питаемый от электросети через реостат 29. контроль мощности нагрева осуществля-.

М ется с помощью ваттметра 30, Герметичный корпус 1 снабжен также сборником

31 конденсата, размещенным в его нижней части и имеющим сливные патрубки

32. Стенд снабжен системой измерения температур с помощью термопар. Термопары 33 служат для замера температуры перед сопловым аппаратом и в полости. герметичного корпуса 1 и размещены на штоке 34, имеющем .воэможность перемещения в вертикальном направлении. Герметичность в месте ввода штока 34 обеспечивается уплотнением 35. Термопары 36 заделаны на разную глубину в диск 6. При этом одна из пар термопар

36 размещается в центре диска 6 íà геометрической оси паропровода 8, а остальные размещаются по радиусам или в каком-либо другом порядке, в зависимости от поставленной задачи, Термопары 36 выводятся из полостей камеры 4 и герметичного корпуса 1 через терморазъемы (не показаны). Термопары 37 и 2О

38 установлены на патрубках 12 и 13 и служат для замера перепада температур . охлаждающей воды, а термопара 39 - в паропроводе 8, Все термопары через переключатель 40 подключены к регистрирующему прибору 41 и холодному спаю термопар, помещенному в сосуд 42 со льдом, 8 полость камеры 14 заправлен теплоноситель 43 с таким расчетом, чтобы после распределения его по толщине капиллярно-пористого покрытия 15 oc" таввлся небольшой объем теплоносителя

39, чем обеспечивается гарантированное смачивание всего объема капиллярно-пористой структуры при всех режимах работы (элементы для заправки теплоносителя не показаны), Стенд работает следующим образом.. Перед запуском сопловой аппарат 40

10 устанавливают путем смещения паропровода 8 на требуемом расстоянии от диска 6 который после этого при снятом верхнем люке поворачивается вокруг вертикальной оси на нужный угол, Для этого предварительно откручивают гайку 21, а после установки диска ее затягивают, Поворот вокруг горизонтальной оси осуществляют после откручивания гайки 25, Для осуществле- р ния поворота могут быть использованы и электродвигатели, что позволит избежать частичной разборки сте <да перед экспериментом, так как двигатели могут быть размещены внутри герметичного у корпуса 1, Поскольку все геометрические оси, вокруг которых осуществляют поворот, имеют пересечение в одной точке с осью паропровода 8 (и сменио2 б го сопла 10),при этомповороте положение побовой точки 0 относительно сопла остается неизменным. Кроме того, стенд эа счет поворота вокруг оси 3 может быть так сориентирован в пространстве что плоскость диска 6 будет наклонена к горизонту под любым требуемым углом, Затем пар подают в паропровод 8 и оттуда в сменное сопло 10. При этом пар может быть перегрет с помощью па роперегревателя 28., flap истекает иэ сменного сопла 10 и натекает на диск

6 рабочего участка, где после конденсации стекает в сборник 31 конденса" та, откуда конденсат может быть удален ° через сливные патрубки 32, Диск 6 с противоположной стороны подвергают охлаждению за счет испарения теплоносителя иэ капиллярно-пористого покрытия 15. Пары теплоносителя 43 после конденсации на змеевике 16 стекают с него вниз,гдепоступают на капиллярнопористое покрытие 6 с распределением по внутренней поверхности диска 6. Тепло от змеевика 16 отводят охлаждающей водой по патрубку 12. 3а счет изменения расхода охлаждающей воды регулируют температуру насыщения теплоносителя

43, контроль которой может быть осуществлен с помощью термопары (не пока зана),, Локальные тепловые потоки измеряют с помощью термопар 36, которые размещены в диске 6 на разной глубине и Фиксируют разность температур в двух точках. Отсюда, зная расстояние по толщине. диска и теплопроводность его материала, можно рассчитать величину теплового потока, Термопары 37 и 38 служат в основном для контрояя, так как с их помощью может быть получена общая величина теплового потока, отводимого от диска 6, Расход пара может быть определен по количеству конденсата, собранного в конденсатосборнике

31 и проконтролирован по величине общего теплового потока. С помощью термопар измеряют температуру пара перед сменным соплом 10, Кроме того, стенд может быть оснащен приемниками полного и статического давления для измерения скорости пара, После проведения цикла измерений с одним расстоянием от среза сопла и положением диска 6 относительно горизонта могут быть изменены углы поворота диска 6 или рас« стояние до среза сопла, после чего замеры повторяются, Преимущество предлагаемого стенда перед известными техническими решени7

1735752 8 ями заключается в том, что наличие на отвода охлаждающей воды, и подключен.диске камеры со змеевиком и капилляр- ное к ним мерное у=тройство, о т л и"

Но-пористым покрытием, а также возмож- ч а ю шийся тем, что, с целью поность поворота диска обеспечивают по- вышения точности измерений и расшире3 вышение точности измерений и расшире- ния функциональных возможностеи путем йие.функциональных возможностей стен- создания изотермических условий на рада. бочем участке и различных углов натеф о р м у л а и з о б р е т е н и я кания пара на диск, стенд снабжен ка1О мерой, закрепленной на диске со стороСтеид для исследования теплообмена ны, противоположной сменному соплу и при струйном натекании пара на охлаж- размещенным внутри камеры змеевиком, даемую поверхность, включающий уста- соединенным с магистралями подвода и новленный с возможностью поворота отвода охлаждающей воды, при этом вокруг горизонтальной оси и имеющий 1> диск установлен с возможностью повосмотровые окна герметичный корпус,. рота вокруг двух взаимно перпендикуразмещенный внутри него рабочий учас- лярных осей, плоскость которых совпаток в виде диска, установленный с воз- дает с плоскостью наружной поверхности мошностью возвратно-поступательного диска, а точка пересечения находится перемещения относительно последнего и 2р на геометрической оси сменного сопла, фиксации в заданном положении паро- причем внутренняя сторона диска и капровода размещенное на его конце, меры выполнены с капиллярно"пористым

В сменное сопло, магистрали подвода и покрытием, А

Фиг. 1

1/35712

Л вЂ” А аиг. 2

Б — Е

Фиг. 3

1735752

Ъ В

36 26.25

Фиг. 5

Фиг. 4

Производственно-издательский кокбинат "Патент", г. Уигород, ул. Гагарина, 101 редактор Н. Лазаренко тееюевюе ююе4в иве е в

Закаэ 1812

BHHHtlH Государственного

113035, М

Составитель А, Дудаков

Техред M.Äèäûê: Корректор Л.Пилипенко.

Ю ЮЮЮЮЮЮ

Тирам Подписное коиктета по «эобретениаи и открмтили нри ГЯВ СССР

ФЬсква, 3-35, Раувскал иаб., д. 4/5