Способ определения коэффициента теплоотдачи и коэффициента теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер методом замера фактических теплопотерь в стационарных условиях

Авторы патента:

Бояринцев Александр Валерьевич (RU)

G01N25/20 - с помощью калориметрических измерений, например путем измерения теплоемкости или теплопроводности

G01N25/18 - путем определения коэффициента теплопроводности (с помощью калориметрических измерений G01N 25/20; путем измерения сопротивления электрически нагреваемого тела G01N 27/18)

Владельцы патента RU 2752469:

Бояринцев Александр Валерьевич (RU)

Изобретение относится к области исследования и анализа теплофизических свойств материалов и может быть использовано при определении коэффициента теплоотдачи и коэффициента теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер. Предложенный способ определения коэффициента теплоотдачи и коэффициента теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер методом замера фактических теплопотерь в стационарных условиях заключается в использовании установки, состоящей из участка трубопровода с нанесенным теплоизоляционным покрытием на основе полых микросфер, подключенного к нагревательному элементу, измерении температуры теплоносителя на входе участка t_вх, на выходе участка t_вых, температуры поверхности участка трубопровода τ, расходе воды через испытуемый участок G_вд, определении фактических тепловых потерь Q, коэффициента теплоотдачи α_теп и коэффициента теплопроводности λ_теп по расчетным формулам. Технический результат - метод позволяет с высокой степенью точности определять коэффициент теплоотдачи и коэффициент теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер в стационарных условиях при проведении исследований теплофизических характеристик материалов, исключая влияние внешних факторов, позволяя производить замеры в широком диапазоне температур нагрева поверхности испытуемого образца от +1°С до +200°С, а также дает возможность определять фактические теплопотери на существующих эксплуатируемых магистральных тепло- и трубопроводах, теплоизолированных покрытиями на основе полых микросфер. 2 ил.

Предложенный способ определения коэффициента теплоотдачи и коэффициента теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер методом замера фактических теплопотерь в стационарных условиях заключается в использовании установки, состоящей из участка трубопровода с нанесенным теплоизоляционным покрытием на основе полых микросфер, подключенного к нагревательному элементу, измерении температуры теплоносителя на входе участка t_вх, на выходе участка t_вых, температуры поверхности участка трубопровода τ, расходе воды через испытуемый участок G_вд, определении фактических тепловых потерь Q, коэффициента теплоотдачи α_теп и коэффициента теплопроводности λ_теп по расчетным формулам:

где

Q - фактические теплопотери участка трубопровода;

с_вд - удельная теплоемкость воды (с_вд= 4,187 Дж/(кг⋅°С));

t_вх - температура теплоносителя на входе участка;

t_вых - температура теплоносителя на выходе участка;

G_вд - расход воды через испытуемый участок трубопровода,

где

- длина испытуемого участка трубопровода;

d - диаметр трубы;

τ - температура поверхности участка поверхности трубопровода;

t_возд - температура окружающей среды в помещении,

где

δ - толщина теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер;

t_в - температура теплоносителя в трубопроводе (среднее значение).

Технический результат - метод позволяет с высокой степенью точности определять коэффициент теплоотдачи и коэффициент теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер в стационарных условиях при проведении исследований теплофизических характеристик материалов, исключая влияние внешних факторов, позволяя производить замеры в широком диапазоне температур нагрева поверхности испытуемого образца от +1°С до +200°С, а также дает возможность определять фактические теплопотери на существующих эксплуатируемых магистральных тепло- и трубопроводах, теплоизолированных покрытиями на основе полых микросфер. Способ является простым, доступным и легко осуществимым.

Известен способ определения коэффициента теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер, включающий использование «профессиональных» оптико-электронных приборов - тепловизоров, с предварительно настроенным параметром коэффициента излучения на величину 0,98-1, измеряющий температуру на поверхности теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер, и определения коэффициента теплопроводности по расчетной формуле (патент RU 2731112 С1, опубл. 28.08.2020).

Недостатками данного способа является возможность проведения измерений только в холодный период года при отрицательных температурах наружного воздуха и разнице температур внутри помещения и на наружной поверхности не менее 25-30°С. Кроме этого для применения данного метода необходимо использование «профессиональных» тепловизоров с регулируемым коэффициентом черноты тела, которые менее распространены и значительно дороже.

Известен способ определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных покрытий, включающий использование приборов Elcometr 319 и PosiTektor DPM для измерения температуры на поверхности покрытия, согласно которому на источник тепла устанавливают металлическую пластину с нанесенной жидкой керамической теплоизоляцией, причем пластина закрывает всю площадь нагревательного элемента, чтобы свести к минимуму влияние конвективных потоков от нагретой поверхности пластины, осуществляют ступенчатый нагрев с интервалами времени для релаксации температуры с постепенным повышением температуры, измеряют прибором Elcometer 319 или PosiTektor DPM через 3 часа после включения источника тепла температуру на поверхности жидкой теплоизоляции, измеряют температуру источника тепла и окружающей среды, а расчет коэффициента теплопроводности производят по формуле (патент RU 2594388, опубл. 11.02.2014).

Недостатком данного способа является узкий температурный диапазон исследований данными приборами до +80°С, что ограничивает возможность измерений теплопроводности при высоких температурах, при которых возрастает лучистая составляющая. При этом, при повышении температуры нагрева поверхности выше +40°С, размягчается акриловое связующее теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер и при нажатии прибором на покрытие оно продавливается, тем самым уменьшается толщина, что приводит к погрешности измерений температуры поверхности и ее повышению в несколько раз. Кроме этого, предлагаемые в способе измерительные приборы имеют высокую стоимость, в том числе с поверкой по Российским стандартам.

Изобретение направлено на измерение коэффициента теплоотдачи и коэффициента теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер методом замера фактических теплопотерь в стационарных условиях.

Основной задачей при определении коэффициента теплоотдачи и коэффициента теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер является корректное измерение температуры на поверхности. При этом необходимо учитывать тот факт, что погрешность при измерении температуры на поверхности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер составляет 30-85%, в зависимости от принципа работы того или иного измерительного прибора. Погрешность контактных измерительных приборов составляет 30-80%, это объясняется тем, что теплоизоляционные покрытия на основе полых микросфер работают по принципу низкой теплоотдачи с поверхности, материалы с высоким тепловосприятием (особенно такие материалы, как металл) радикально увеличивают теплоотдачу с поверхности покрытия. Фактически контактные приборы (с обычной термопарой), имея металлический наконечник, показывают температуру с учетом сильного нагрева металла на поверхности теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер. Проведение измерений бесконтактными способом - тепловизорами и пирометрами может дать погрешность 80-85%. Такая большая погрешность связана с тем, что, к примеру, бесконтактные приборы не работают в диапазоне длины волны менее 7 мкм, которая необходима для замеров на сверхтонких теплоизоляторах. Высокая отражательная способность и низкая степень черноты теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер приводит к существенным ошибкам при использовании пирометров, градуировка которых осуществлена с использованием модельных чернотелых излучателей только для значений излучательной способности, близкой к 0,99, работающих в спектральном диапазоне 7-18 мкм. Ошибки измерений могут составлять десятки градусов.

Результат достигается тем, что коэффициент теплоотдачи и коэффициент теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер определяется методом замера фактических теплопотерь в стационарных условиях с использованием установки, состоящей из участка трубопровода с нанесенным теплоизоляционным покрытием на основе полых микросфер, подключенного к нагревательному элементу, измерении температуры теплоносителя на входе участка t_вх, на выходе участка t_вых, температуры поверхности участка трубопровода τ, расходе воды через испытуемый участок G_вд, определении фактических тепловых потерь Q, коэффициента теплоотдачи α_теп и коэффициента теплопроводности λ_теп по расчетным формулам:

где

Q - фактические теплопотери участка трубопровода;

С_вд - удельная теплоемкость воды (с_вд= 4,187 Дж/(кг⋅°С));

t_вх - температура теплоносителя на входе участка;

t_вых - температура теплоносителя на выходе участка;

G_вд - расход воды через испытуемый участок трубопровода,

где

- длина испытуемого участка трубопровода;

d - диаметр трубы;

τ - температура поверхности участка поверхности трубопровода;

t_возд - температура окружающей среды в помещении,

где

δ - толщина теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер;

t_в - температура теплоносителя в трубопроводе (среднее значение).

Сущность предполагаемого решения поясняется чертежом.

На фиг. 1 обозначено: 1 - испытуемый участок трубопровода с нанесенным теплоизоляционным покрытием на основе полых микросфер, 2 - теплонагреватель (водонагреватель); 3 - циркуляционный насос; 4 - расходомер горячей воды; 5 - вентиль регулировочный; 6 - хромель-копелевые термопары.

На фиг. 2 представлено фото действующей установки.

Пример

1. На участок трубопровода наносится теплоизоляционное покрытие на основе полых микросфер. Нанесение осуществляется при помощи малярной кисти слоями по 0,5 мм с межслойной сушкой 24 часа. Общая толщина слоя составляет - 1,5 мм.

После полимеризации теплоизоляционного покрытия и высушивания в течение 24 часов, приступают к измерениям.

2. Вся система заполняется водопроводной водой с помощью насоса и начинается циркуляция носителя.

3. Происходит нагрев теплоносителя с помощью нагревательного котла, работающего от электросети.

4. Определяются температуры теплоносителя на входе участка t_вх и выходе участка t_вых теплоизолированного участка с помощью хромель-копелевых термопар при установившемся стационарном температурном режиме теплоносителя и расходе воды.

5. Определяются значения расходов воды G_вд через испытуемый участок трубопровода при помощи расходомера горячей воды.

6. Производится отчет времени, за которое происходит определение фактических теплопотерь теплоизолированного участка.

7. По истечении определенного времени снимаются показания расходов воды G_вд через теплоизолированный участок трубопровода.

8. Определяются показания средней температуры теплоносителя на входе участка t_вх и выходе участка t_вых теплоизолированного участка, а также на поверхности участка поверхности трубопровода τ с нанесенным теплоизоляционным покрытием на основе полых микросфер, температура теплоносителя в трубопроводе t_в, температура окружающей среды в помещении t_возд.

9. По расчетной формуле определяются фактические тепловые потери Q:

10. По расчетным формулам определяются коэффициент теплоотдачи α_теп и коэффициент теплопроводности λ_теп:

Предлагаемый способ обладает высокой степенью точности, и в то же время простой и удобный, который позволяет при стационарных условиях определять тепловые потери и рассчитывать коэффициент теплоотдачи и коэффициент теплопроводности.

Способ определения коэффициента теплоотдачи и коэффициента теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер методом замера фактических теплопотерь в стационарных условиях заключается в использовании установки, состоящей из участка трубопровода с нанесенным теплоизоляционным покрытием на основе полых микросфер, подключенного к нагревательному элементу, измерении температуры теплоносителя на входе участка t_вх, на выходе участка t_вых, температуры поверхности участка трубопровода τ, расходе воды через испытуемый участок G_вд, определении фактических тепловых потерь Q, коэффициента теплоотдачи α_теп и коэффициента теплопроводности λ_теп по расчетным формулам:

где

Q - фактические теплопотери участка трубопровода;

с_вд - удельная теплоемкость воды (с_вд= 4,187 Дж/(кг⋅°С));

t_вх - температура теплоносителя на входе участка;

t_вых - температура теплоносителя на выходе участка;

G_вд - расход воды через испытуемый участок трубопровода,

где

- длина испытуемого участка трубопровода;

d - диаметр трубы;

τ - температура поверхности участка поверхности трубопровода;

t_возд - температура окружающей среды в помещении,

где

δ - толщина теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер;

t_в - температура теплоносителя в трубопроводе (среднее значение).

Изобретение относится к способу определения доли воды в пробе сырой нефти, включающий в себя взвешивание пробы сырой нефти. Пробу помещают в теплоизолированный сосуд, к ней подводят или отводят от нее определенное количество теплоты, изменяется вследствие этого температура пробы, измеряют при наступлении равновесного теплового режима начальную и конечную температуры пробы, и по указанному количеству теплоты, по величине начальной и конечной температур пробы, массе пробы, заданной теплоемкости теплоизолированного сосуда, известным удельным теплоемкостям воды и нефти определяют массовую долю воды по формуле (1), а затем, при необходимости, по заданным плотностям воды и нефти на основе полученной массовой доли воды определяют объемную долю воды: где Q - подведенное или отведенное количество теплоты, m - масса пробы, сн - удельная теплоемкость нефти, cв - удельная теплоемкость воды, Cк - теплоёмкость теплоизолированного сосуда, t1 и t2 - соответственно начальная и конечная температуры пробы после наступления равновесного теплового режима, μв - массовая доля воды в пробе сырой нефти.

Способ определения массы компонента газожидкостной среды // 2744486

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для контроля расхода и определения массы компонента газожидкостной среды (ГЖС), извлекаемой, например, из буровой скважины. Суть изобретения состоит в том, что способ определения массы компонента газожидкостной среды характеризуется тем, что периодически создаются в поперечном сечении канала с газожидкостным потоком импульсные одинаковые порции количества тепла, и измеряется в равномерно размещенных по второму по потоку сечению точках поглощенное каждым компонентом в соответствии с его теплоемкостью количество теплоты в виде импульсов разной амплитуды, затем группируют полученные в каждой точке импульсы, одинаковые по амплитуде, и определяют по суммам количеств импульсов всех однотипных групп всех точек сечения доли массы каждого компонента потока.

Способ определения теплопроводности корки кориума // 2742076

Способ может быть использован в ядерной энергетике при анализе безопасности атомных электростанций с ядерными реакторами водо-водяного типа при тяжелой аварии с нарушением охлаждения и плавлением активной зоны. Согласно заявленному способу в экспериментальной установке формируют оксидно-металлическую ванну расплава прототипного кориума с поверхностным положением металлического расплава и с коркой кориума на поверхности металлического расплава.

Способ определения содержания компонента газожидкостной среды // 2730364

Адиабатический калориметр // 2727342

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к адиабатической калориметрии, где определяются удельная теплоемкость и энтальпия различных материалов и изделий, и может быть использовано главным образом в метрологии. В предлагаемом адиабатическом калориметре, включающем в себя калориметрический сосуд с нагревателем, три адиабатические оболочки, окружающие сосуд и снабженные нагревателями и термопреобразователями, термопреобразователи совместно с нагревателем калориметрического сосуда подключены к блоку измерения и регулирования температуры.

Устройство для прямых измерений тепловой мощности и количества теплоты в независимых системах отопления // 2726898

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерений тепловой мощности и количества теплоты, выделяемых жидкими, газообразными и многофазными теплоносителями в системах отопления. Предложено устройство, обеспечивающее прямые измерения тепловой мощности и энергии в независимых системах теплоснабжения без привлечения данных по расходу, температуре и свойствам теплоносителя.

Способ определения температуры начала изменения показателей термоокислительной стабильности и предельной температуры работоспособности смазочных материалов // 2722119

Изобретение относится к технологии определения показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов. Предложен способ, при котором пробы смазочного материала термостатируют минимум при трех выбранных температурах в присутствии воздуха с перемешиванием постоянной массы в течение времени, через равные промежутки времени пробу окисленного смазочного материала взвешивают, часть пробы фотометрируют и определяют оптическую плотность, испаряемость и коэффициент термоокислительной стабильности.

Способ и измерительный прибор для определения свойств газа путем корреляции // 2721900

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для для определения свойств газа путем корреляции. Изобретение относится к способу, в котором свойство (Q) газа определяют путем корреляции исходя из измерения количеств (μj) газовых смесей.

Способ определения степени сшивки при исследовании перекрестно-сшитых поликапролактонов // 2718130

Изобретение относится к области химии полимеров, в частности к определению степени сшивки. Способ определения степени сшивки при исследовании перекрестно-сшитых поликапролактонов заключается в том, что сравнивают характеристический параметр исследуемого и эталонного образцов и оценивают степень сшивки исследуемого образца из зависимости между известной степенью сшивки эталонного образца и его характеристического параметра по градуировочным графикам, для чего образец перекрестно-сшитого поликапролактона в нанограммовом количестве помещают на чип-сенсор быстрого сканирующего калориметра, проводят предварительное нагревание образца до температуры выше температуры плавления с последующим охлаждением, при этом в качестве характеристического параметра используют полупериод кристаллизации, для определения которого после предварительного нагревания и охлаждения образца осуществляют быстрое нагревание образца до температуры выше температуры плавления со скоростью не менее 5000 К/c; нагретый образец охлаждают до минус 80°C со скоростью не менее 5000 К/c и выдерживают при минус 80°C в течение 1 с; далее проводят нагревание до 0°C со скоростью не менее 5000 К/с; далее выдерживают образец при 0°C в течение 0,01 с, затем нагревают до температуры выше температуры плавления со скоростью 1000 К/с; далее неоднократно повторяют последовательность действий, начиная с этапа охлаждения образца до минус 80°C со скоростью не менее 5000 К/c и заканчивая этапом нагревания выше температуры плавления со скоростью 1000 К/с, при этом на этапе выдерживания образца при 0°C изменяют время выдерживания при каждом повторении последовательности действий - 0,02; 0,05; 0,1 с и далее линейно по логарифмической шкале до 500 с; далее рассчитывают общую скрытую энтальпию плавления при всех временах выдерживания путем интегрирования полученных калориметрических кривых нагревания; далее рассчитывают отношение общей скрытой энтальпии плавления при данном времени выдерживания к максимально возможному значению общей скрытой энтальпии плавления для данного образца; далее определяют величину полупериода кристаллизации t1/2, соответствующую времени выдерживания, необходимому для достижения степени кристалличности полимера 50%; далее определяют степень сшивки исследуемого образца по градуировочному графику в координатах lg(t1/2) - степень сшивки N [моль/см3], построенному на основе исследования эталонных образцов.

Калориметр // 2717141

Изобретение относится к области измерения теплоты сгорания горючих веществ в бомбовых калориметрах переменной температуры с калориметрической жидкостью. Калориметр включает калориметрическую оболочку (КО), снабженную крышкой (6) КО, калориметрический сосуд (КС), несъемно установленный в КО и снабженный крышкой (19) КС, калориметрическую бомбу (21) (КБ), установленную в КС, по меньшей мере один элемент (25) нагрева-охлаждения и магнитный привод, установленные на внешней стороне нижней части КО.

Способ совокупного измерения теплопроводности разнородных твердых материалов и устройство для его осуществления // 2752398

Изобретение относится к области теплофизического приборостроения и предназначено для совокупного измерения теплопроводности двух разнородных твердых материалов. Согласно заявленному способу изготавливают цилиндрическую матрицу заданного профиля и объема с равномерно распределенными в ней одинаковыми сквозными отверстиями, в которых поочередно размещают образцы из исследуемых материалов.