Способ определения коэффициента теплоотдачи при кипении жидкости

 

Использование: область теплофизическоГо эксперимента, для определения коэффициента теплоотдачи при кипении, конденсации и конвективном теплообмене. Сущность изобретения: нагревают электрическим током экспериментальный участок в виде трубки-нагревателя, помещенной в исследуемую жидкость, и одновременно подают охлаждающую среду в трубку-конденсатор. Измеряют мощность электрического тока и температуру насыщения исследуемой жидкости при установившемся режиме кипения. Осуществляют подачу охлаждающей среды с тем же расходом , что и в трубку-конденсатор, в трубкунагреватель.Одновременно экспериментальный участок нагревают током удвоенной мощности, Температуру охлаждающей среды изменяют до достижения первоначального значения температуры насыщения исследуемой жидкости. Измеряют расход и температуру охлаждающей среды на входе и выходе нагревателя и конденсатора , идентичных по геометрическим размерам и материалу. По измеренным значениям расчетным путем определяют коэффициенты теплоотдачи для каждого вида процесса теплообмена. 1 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 К 17/20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

00 ! !ьэ (а (21) 4764962/10 (22) 05,12.79 (46) 23.01.93. Бюл. N 3 (71) Нижегородский филиал Института машиноведения им, А.А.Благонравова и Нижегородский политехнический институт (72) Г,Ю.Макаров, P.M.Ëàïøèí и Б,Ф.Нормухамедов (56) Авторское свидетельство СССР

N 1569597, кл. G 01 К 17/20, 1988.

Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена, — M.:

Энергия, 1979, с. 256-258, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ КИПЕНИИ

ЖИДКОСТИ (57) Использование: область теплофизическо)о эксперимента, для определения коэффициента теплоотдачи при кипении, конденсации и конвективном теплообмене.

Сущность изобретения; нагревают электрическим током экспериментальный участок в

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для экспериментального определения коэффициента теплоотдачи при кипении и конденсации в стационарном режиме, а также при конвективном теплообмене.

Известен способ определения коэффициента теплоотдачи, заключающийся в непосредственном нагреве трубчатого образца электрическим током, измерении температуры поверхности теплоотдачи, температуры теплоносителя, теплового потока и вычислений коэффициента теплоотдачи по измеренным значениям.

Недостатком известного способа является узкая область использования, поскольку коэффициент теплоотдачи определяется,, Ы,» 1789882 А1 виде трубки-нагревателя, помещенной в исследуемую жидкость, и одновременно подают охлаждающую среду в трубку-конденсатор. Измеряют мощность электрического тока и температуру насыщения исследуемой жидкости при установившемся режиме кипения. Осуществляют подачу охлаждающей среды с тем же расходом, что и в трубку-конденсатор, в трубкунагреватель. Одновременно экспериментальный участок нагревают током удвоенной мощности, Температуру охлаждающей среды изменяют до достижения первоначального значения температуры насыщения исследуемой жидкости. Измеряют расход и температуру охлаждающей среды на входе и выходе нагревателя и конденсатора, идентичных по геометрическим размерам и материалу, По измеренным значениям расчетным путем определяют коэффициенты теплоотдачи для каждого вида процесса теплообмена. 1 ил. только для одного вида процесса теплообмена — конвективного.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения коэффициента теплоотдачи при кипении жидкости, заключающийся в нагреве электрическим током экспериментального участка в виде трубки — нагревателя, помещенной в исследуемую жидкость, подаче охлаждающей среды в трубку — конденсатор, измерении мощности электрического тока, температуры внутренней поверхности трубки — нагревателя, температуры и давления насыщения исследуемой жидкости при установившемся режиме кипения, По измеренным значениям определяют

1789882 коэффициент теплоотдачи (ахнп,) по расчетной формуле

Q скип.= р-т — — — -ц где тв = тг — Ж вЂ” температура наружной поверхности стенки трубки с учетом перепада температуры по толщине стенки; дт= — (In — — — )

Q dz dz сЬ 1

2 F d)dj d1 2

Q — электрическая мощность, подводимая к трубке и передаваемая кипящей жидкости;

d1, dz — соответственно внутренний диаметр трубки и диаметр, на котором расположены спаи датчиков температуры (термопар);

А — теплопроводность материала стенки трубки;

F - поверхность теплоотдачи; tT — температура внутренней поверхности трубки; тв — температура насыщения исследуемой жидкости.

Заделка термопар не на поверхности трубки, а вблизи нее позволяет устранить нарушение теплообмена на поверхности и уменьшить тем самым погрешность измерения температуры трубки. При этом погрешности измерения температуры, обусловленные подводом и отводом тепла от термопар, йе устраняются, что снижает точность измерения температуры поверхности теплообмена. ,Цель изобретения — повышение точности при одновременном увеличении эффективности за счет обеспечения возможности о п редел ен ия коэффициентов теплоотдачи при конденсации и конвективном теплообмене.

Поставленная цель достигается тем, что охлаждающую среду подают с тем же расходом, что и в трубку-конденсатор, в трубкунагреватель, идентичную по геометрическим размерам трубке-конденсатору, нагревают экспериментальный участок электрическим током удвоенной мощности, изменяют температуру охлаждающей среды до достижения первоначального значения, в установившемся режиме кипения измеряют расход и температуру охлаждающей среды на входе и выходе трубки-нагревателя и трубки-конденсатора и по измеренным значениям определяют искомые коэффициенты теплоотдачи.

На чертеже показано устройство для реализации предложенного способа.

Устройство содержит герметичный корпус 1, частично заполненный исследуемой жидкостью 2. B корпусе 1 заделана трубканагреватель 3, подсоединенная к источнику тока 4. В верхней части корпуса установлена трубка-конденсатор 5, идентичная по размерам и материалу трубке-нагревателю, подключенная к источнику охлаждающей воды 6 через вентиль 7 и термопары 8. Выходной патрубок 9 конденсатора соединен через теплообменник 10 с трубкой 3, С помощью вентилей 11, 12 осуществляется подача охлаждающей жидкости в нагреватель 3, Расход жидкости измеряется расходомером 13, а температура на входе и выходе из конденсатора и нагревателя -термопарами 14 и 15.

Корпус 1 также оснащен дополнительной арматурой - дренажным вентилем 16 и воздушным клапаном 17.

Способ осуществляют следующим образом.

Подают электрический ток на трубку 3, а в трубку 5 подают охлаждающую жидкость от источника 6 открытием вентилей 7 и 11, при закрытом 12. Вентилем 7 регулируют расход охлаждающей жидкости через трубку 5 до достижения в корпусе 1 температуры насыщения исследуемой жидкости. Измеряют электричеСкую мощность на экспериментальном участке трубки 3, температуру насыщения (температуру пара) — термопарой 8 и термопарами (на чертеже не показаны) — температуру внутри трубки 3, Затем на трубку 3 подают электрический ток удвоенной мощности, закрывают вентиль 11 и от35 крывают вентиль 12, подают охлаждающую жидкость через теплообменник 10 в трубку

3, регулируя ее температуру для установления первоначального значения температуры насыщения исследуемой жидкости.

40 Измеряют расход охлаждающей жидкости через конденсатор 5 расходомером 13 и температуру охлаждающей жидкости на входе и выходе из конденсатора и нагревателя термопарами 14 и 15.

Коэффициенты теплоотдачиа рассчитывают по формулам: — при конвективном теплообмене конв. н

50 F» (ñ, — Дс — Т ) где н н д1 G>xn. С вых — вн „2 Я < 2 )

4Л я Я 1 — перепад температур в стенке трубки, тж" = н н (вых + твх.

Goxn. — расход охлаждающей жидкости через нагреватель и конденсатор;

1789882 где г

2 dR d2 )

d) — d3 Г1

10 (тт тж + з)) Q

Cp — удельная теплоемкость охлаждающей жидкости; н н вх, твых lBx,?вых — соответственно температура охлаждающей жидкости на входе и выходе из нагревателя и конденсатора;

I — длина экспериментального участка (трубки);

il — коэффициент теплоп роводности материала трубки;

cT — температура внутренней поверхности трубки;

d1, d2 — соответственно внутренний и наружный диаметры трубки;

F — поверхность теплоотдачи; при конденсации

Q конд. = Goxn Ср(свых lsx.)/Енар(сз тж

Формула изобретения

Способ определения коэффициента теплоотдачи при кипении жидкости, заключающийся в нагреве электрическим током экспериментального участка в виде трубкинагревателя, помещенной в исследуемую жидкость, подаче охлаждающей среды в трубку-конденсатор, измерении мощности электрического тока, температуры внутренней поверхности трубки-нагревателя, температуры и давления насыщения исследуемой жидкости при установившемся режиме кипения,отл ич а ю щийся тем, что, с целью повышения точности при одновременном увеличении эффективности за счет обеспечения возможности определения коэффициентов теплоотдачи при кон5

tw т, — температура насыщения (пара); — при кипении

Q где Л 1 = — -((1 — и — );

Q . 2 (Я d2

2Я П dI — df d1

Q — электрическая мощность на экспе15 риментальном участке.

Повышение точности при реализации данного способа достигается за счет исключения необходимости измерения температуры поверхности теплоотдачи

Измеряется только температура внутри трубки-нагревателя 3, помещенной в исследуемую кипящую жидкость, денсации и конвективном теплообмене, подают охлаждающую среду с тем же расходом, что и в трубку-конденсатор, в трубкунагреватель, идентичную по геометрическим размерам трубке-конденсатору, нагревают экспериментальный участок электрическим током удвоенной мощности, изменяют температуру охлаждающей среды до достижения первоначального значения температуры насыщения исследуемой жидкости, в установившемся режиме кипения измеряют расход и температуру охлаждающей среды на входе и выходе трубки-нагревателя и трубки-конденсатора, по измеренным значениям определяют искомые коэффициенты теплоотдачи.

1789882

Составитель А, Кулакова

Техред М.Моргентал Корректор И.Шмакова

Редактор Т.Иванова

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

Заказ 345 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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