RU155337U1

RU155337U1 - DEVICE FOR DETERMINING HEAT TRANSFER FACTORS

Info

Publication number: RU155337U1
Application number: RU2014154288/28U
Authority: RU
Inventors: Андрей Алексеевич Александров; Александр Валерьевич Лившиц; Николай Григорьевич Филиппенко; Сергей Иванович Попов; Снежана Николаевна Филатова
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2015-10-10

Abstract

Устройство для определения коэффициента теплоотдачи, включающее образец, термопары, отличающееся тем, что образец выполнен в виде призматического образца, состоящего из двух продольно сложенных частей, между ними в одной из частей призматического образца, в пазах размещены термопары, показания которых при охлаждении призматического образца используются для определения коэффициента теплоотдачи.A device for determining the heat transfer coefficient, including a sample, thermocouples, characterized in that the sample is made in the form of a prismatic sample, consisting of two longitudinally folded parts, between them in one of the parts of the prismatic sample, thermocouples are placed in the grooves, the readings of which are used when cooling the prismatic sample to determine the heat transfer coefficient.

Description

Устройство для определения коэффициента теплоотдачиDevice for determining the heat transfer coefficient

Полезная модель относится к области теплофизических измерений, в частности определения коэффициента теплоотдачи при закалке призматических образцов из алюминиевых сплавов.The utility model relates to the field of thermophysical measurements, in particular, determining the heat transfer coefficient during quenching of prismatic samples from aluminum alloys.

Известен способ определения коэффициента теплоотдачи тел (патент RU №20462327, МПК G01N 25/18, опуб. 20.10.95). Сущность изобретения заключается в том, что образец в виде стержня постоянного сечения помещают в испытательную среду с постоянной температурой, выдерживают до тех пор, пока он не примет температуру испытательной среды, после чего вызывают скачкообразное изменение его температуры путем одноосного деформирования неизменным усилием, не выходя за пределы упругости, измеряют изменение во времени температуры поверхности образца, вызванные процессы теплообмена, по полученным данным определяют темп нагрева (охлаждения) в регулярном тепловом режиме и по известным формулам (см. Лыков А.А. Теория теплопроводности. М. Высшая школа, 1967, с. 550) вычисляют коэффициент теплоотдачи.A known method for determining the heat transfer coefficient of bodies (patent RU No. 20462327, IPC G01N 25/18, publ. 20.10.95). The essence of the invention lies in the fact that the sample in the form of a rod of constant cross section is placed in a test medium with a constant temperature, maintained until it takes the temperature of the test medium, after which it causes an abrupt change in its temperature by uniaxial deformation with constant force, without leaving elasticity limits, measure the change in time of the surface temperature of the sample, caused by heat transfer processes, from the obtained data determine the rate of heating (cooling) in regular heat m mode and according to well-known formulas (see A. Lykov, Theory of Heat Conductivity. M. Higher School, 1967, p. 550), the heat transfer coefficient is calculated.

В предложенном способе представлено устройство, которое замеряет темп нагрева (охлаждения) в регулярном тепловом режиме и по формуле вычисляют коэффициент теплоотдачи.The proposed method provides a device that measures the rate of heating (cooling) in a regular thermal mode and calculates the heat transfer coefficient by the formula.

В нашем случае определяют коэффициент теплоотдачи по толщине тела.In our case, the heat transfer coefficient is determined by the thickness of the body.

Известен способ определения коэффициента конвективной теплоотдачи (патент RU №535491, МПК G01N 25/00 опуб. 15.11.76), который заключается в измерении скорости перемещения изотермы от теплообменной поверхности, путем измерения температуры поверхности и температуры тела на известном расстоянии в непосредственной близости от нее. Так как коэффициент теплоотдачи в процессе охлаждения изменяется нелинейно, скорость перемещения изотерм тоже будет изменяться нелинейно, поэтому определить скорость перемещения изотерм от поверхности вглубь тепловоспринимающего элемента, при использовании двух термопар достаточно сложно, поэтому предлагаемое устройство для определения коэффициента теплоотдачи имеет пять термопар, расположенных по толщине тепловоспринимающего элемента, что позволяет более точно определить коэффициент теплоотдачи.A known method for determining the convective heat transfer coefficient (patent RU No. 535491, IPC G01N 25/00 publ. 15.11.76), which consists in measuring the speed of movement of the isotherm from the heat exchange surface, by measuring the surface temperature and body temperature at a known distance in the immediate vicinity of it . Since the heat transfer coefficient during the cooling process varies non-linearly, the isothermal velocity will also change non-linearly, therefore, it is quite difficult to determine the speed of isotherms moving from the surface deeper into the heat-receiving element when using two thermocouples, therefore, the proposed device for determining the heat transfer coefficient has five thermocouples located in thickness heat-receiving element, which allows you to more accurately determine the heat transfer coefficient.

В качестве прототипа выбрано устройство для определения коэффициента теплоотдачи (патент RU №146542, МПК G01N 25/00, заявлено 06.06.1961). Представленное устройство выполнено в виде Архимедова цилиндра, у которого высота равна диаметру. В образце закреплены две термопары, одна из которых измеряет среднюю температуру по поверхности, а вторая среднюю по объему изделия. На основании полученных кривых охлаждения рассчитывают коэффициент теплоотдачи. Процесс охлаждения изделий при закалке характеризуется коэффициентом теплоотдачи, нелинейно изменяющимся в зависимости от многих факторов, основным из которых является смена режимов кипения жидкости от пленочного к пузырьковому, зависимая от разности температур изделия и закалочной среды. Смену режимов кипения жидкости принято называть вторым кризисом кипения. Температура второго кризиса кипения жидкости зависит от формы охлаждаемого изделия. В некоторых точках поверхности тела (грани, выступы) охлаждение происходит быстрее, что приводит к смене режима кипения, зависимого от температуры. Поэтому процессы охлаждения и коэффициенты теплоотдачи архимедова цилиндра и призматического образца будут отличаться. Так же необходимо отметить влияние толщины охлаждаемых изделий на изменение температуры второго кризиса кипения и коэффициента теплоотдачи. Образцы с большей толщиной будут охлаждаться медленнее, поэтому изменение разности температур изделий и закалочных сред во времени будет происходить большее количество времени, что повлияет на изменение кривых охлаждения и коэффициент теплоотдачи. Изменение коэффициента теплоотдачи влияет на изменение кривых охлаждения по толщине образца и наоборот. Поэтому для точного расчета коэффициента теплоотдачи по кривым охлаждения, видится целесообразным определение кривых охлаждения по толщине образца.As a prototype, a device was selected for determining the heat transfer coefficient (patent RU No. 146542, IPC G01N 25/00, claimed 06.06.1961). The presented device is made in the form of an Archimedean cylinder, whose height is equal to the diameter. Two thermocouples are fixed in the sample, one of which measures the average temperature over the surface, and the second average over the volume of the product. Based on the obtained cooling curves, the heat transfer coefficient is calculated. The process of cooling products during quenching is characterized by a heat transfer coefficient that varies nonlinearly depending on many factors, the main of which is the change in the boiling modes of the liquid from film to bubble, depending on the temperature difference between the product and the quenching medium. A change in the boiling modes of a liquid is called the second boiling crisis. The temperature of the second liquid boiling crisis depends on the shape of the product being cooled. At some points on the surface of the body (faces, protrusions), cooling occurs faster, which leads to a change in the boiling mode, which depends on temperature. Therefore, the cooling processes and heat transfer coefficients of the Archimedean cylinder and the prismatic sample will differ. It is also necessary to note the influence of the thickness of the cooled products on the temperature change of the second boiling crisis and the heat transfer coefficient. Samples with a larger thickness will cool more slowly, therefore, a change in the temperature difference between products and quenching media over time will take a longer amount of time, which will affect the change in the cooling curves and the heat transfer coefficient. A change in the heat transfer coefficient affects the change in the cooling curves over the thickness of the sample and vice versa. Therefore, to accurately calculate the heat transfer coefficient from the cooling curves, it seems appropriate to determine the cooling curves by the thickness of the sample.

Анализируя представленные отличительные признаки можно сделать вывод, что значения коэффициента теплоотдачи, полученные при использовании представленного устройства, представляющего архимедов цилиндр, с расположенными термопарами на двух изотермическими поверхностях, будут отличаться от значений коэффициента теплоотдачи полученных при использовании призматического образца с термопарами, характеризующими распределение температуры по толщине.Analyzing the presented distinctive features, we can conclude that the values of the heat transfer coefficient obtained using the presented device representing the Archimedes cylinder with thermocouples located on two isothermal surfaces will differ from the values of the heat transfer coefficient obtained when using a prismatic sample with thermocouples characterizing the temperature distribution over the thickness .

Цель полезной модели: повышение точности определения коэффициента теплоотдачи при закалке призматических образцов с учетом нелинейного изменения температурного поля.The purpose of the utility model is to increase the accuracy of determining the heat transfer coefficient during quenching of prismatic samples, taking into account the nonlinear change in the temperature field.

Решение предлагаемой задачи достигается тем, что определение коэффициента теплоотдачи осуществляется при помощи устройства, которое фиксирует изменение температуры в процессе охлаждения, по толщине образца при ассиметричном расположении термопар по длине и толщине, необходимое для более точного определения коэффициента теплоотдачи.The solution of the proposed problem is achieved in that the determination of the heat transfer coefficient is carried out using a device that records the temperature change during cooling, by the thickness of the sample with an asymmetric arrangement of thermocouples in length and thickness, which is necessary for more accurate determination of the heat transfer coefficient.

Процесс определения коэффициента теплоотдачи при помощи предложенного устройства, состоит из двух последовательных этапов: 1) нагрев (охлаждение) эталона в диапазоне температур, в пределах которого необходимо определение коэффициента теплоотдачи, и регистрация кривых охлаждения (нагревания) по толщине изменяющихся во времени 2) расчет коэффициента теплоотдачи по полученным кривым охлаждения.The process of determining the heat transfer coefficient using the proposed device consists of two successive stages: 1) heating (cooling) of the standard in the temperature range, within which it is necessary to determine the heat transfer coefficient, and recording the cooling (heating) curves over time varying in thickness 2) calculation of the coefficient heat transfer according to the obtained cooling curves.

Этап по регистрации кривых охлаждения (нагревания) осуществляется путем погружения эталона в охлаждающую (нагревающую) среду. В результате изменения температурного поля образца, термопары, асимметрично закрепленные на разном расстоянии от поверхности фиксируют изменение температуры и формируют кривые охлаждения (нагревания) изменяющиеся во времени. После проведения этого этапа, полученные кривые охлаждения (нагревания) делятся на участки, где каждая кривая изменяется по линейному закону, и определяется значение коэффициента теплоотдачи на данном участке и всего образца в целом.The step of registering the cooling (heating) curves is carried out by immersing the standard in a cooling (heating) medium. As a result of a change in the temperature field of the sample, thermocouples asymmetrically fixed at different distances from the surface record the temperature change and form cooling (heating) curves that change over time. After this stage, the obtained cooling (heating) curves are divided into sections where each curve varies linearly, and the value of the heat transfer coefficient in this section and the entire sample as a whole is determined.

На фигуре 1 изображен призматический образец 1, разрезанный вдоль на две части и имеющий пазы размерами 1*1 мм для установки термопар - 2 по толщине образца, пазы расположены вдоль образца. Горячие спаи термопар приварены контактной сваркой в местах - 3 и расположены таким образом, что не оказывают влияние на перемещение изотермы по толщине образца. Для более точного определения распределения температуры по толщине образца, термопары расположены на разном расстоянии от поверхности. Призматический образец изображен в разрезе.The figure 1 shows a prismatic sample 1, cut lengthwise into two parts and having grooves of size 1 * 1 mm for installing thermocouples - 2 across the thickness of the sample, the grooves are located along the sample. Hot junctions of thermocouples are welded by resistance welding in places - 3 and arranged in such a way that they do not affect the movement of the isotherm across the thickness of the sample. To more accurately determine the temperature distribution over the thickness of the sample, thermocouples are located at different distances from the surface. The prismatic sample is shown in section.

В результате применения устройства для определения коэффициента теплоотдачи, учитывающее нелинейное изменение кривых охлаждения (нагревания) повышается точность определения коэффициента теплоотдачи, особенно при быстропротекающих процессах с изменением режимов кипения охлаждающей жидкости. As a result of using the device for determining the heat transfer coefficient, taking into account the nonlinear change in the cooling (heating) curves, the accuracy of determining the heat transfer coefficient increases, especially in fast-flowing processes with a change in the boiling modes of the cooling liquid.

Claims

A device for determining the heat transfer coefficient, including a sample, thermocouples, characterized in that the sample is made in the form of a prismatic sample, consisting of two longitudinally folded parts, between them in one of the parts of the prismatic sample, thermocouples are placed in the grooves, the readings of which are used when cooling the prismatic sample to determine the heat transfer coefficient.