RU225411U1 - Устройство для определения коэффициента теплопроводности сыпучих материалов - Google Patents
Устройство для определения коэффициента теплопроводности сыпучих материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU225411U1 RU225411U1 RU2024104278U RU2024104278U RU225411U1 RU 225411 U1 RU225411 U1 RU 225411U1 RU 2024104278 U RU2024104278 U RU 2024104278U RU 2024104278 U RU2024104278 U RU 2024104278U RU 225411 U1 RU225411 U1 RU 225411U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermal conductivity
- conductivity coefficient
- inner pipe
- determining
- pipes
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 abstract description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007154 Coffea arabica Species 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 235000010627 Phaseolus vulgaris Nutrition 0.000 description 1
- 244000046052 Phaseolus vulgaris Species 0.000 description 1
- 235000009470 Theobroma cacao Nutrition 0.000 description 1
- 244000299461 Theobroma cacao Species 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 235000016213 coffee Nutrition 0.000 description 1
- 235000013353 coffee beverage Nutrition 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 230000009970 fire resistant effect Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для определения коэффициента теплопроводности сыпучих материалов, в том числе и пищевых растительного происхождения. Технический результат - получение достоверных данных о теплопроводности исследуемого сыпучего материала разного гранулометрического состава. Устройство, содержащее две концентрически установленные трубы с торцовой крышкой, электронагреватель, термопары, расположенные на внешней трубе и на поверхности внутренней трубы, при этом концентрически установленные трубы с торцовой крышкой заключены в корпус и представляют собой съемно-разъемное устройство, где каждая из соосно сопряженных вертикальных труб является отдельной его частью, в котором внутренняя труба, снизу жестко связанная с круглой площадкой с буртиками по ее центру, представляет собой теплогенерирующую часть, а внешняя труба, жестко соосно связанная с корпусом устройства, плотно соединена с круглой площадкой с буртиками, обеспечивая пространство для термостатирования, представляет собой термостатическую часть. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для определения коэффициента теплопроводности сыпучих материалов, в том числе и пищевых растительного происхождения: зерно, злаки, бобы, кофе, какао.
Следует отметить, что известные устройства для определения коэффициента теплопроводности сыпучих материалов работают на различных физических принципах, при этом, стационарный метод радиального теплового потока для определения теплофизических характеристик, например, при температурах от 100°С до 1200°С, является наиболее надежным и точным. К тому же, с точки зрения простоты конструкции и универсальности целесообразно использовать устройство, работающее по принципу, основанному на теплопередаче через цилиндрическую стенку, что, кроме того, резонно, так как теплопередающая поверхность большинства теплообменных аппаратов - имеют цилиндрическую форму.
Известно, устройство для определения коэффициента теплопроводности материалов [Авторское свидетельство SU №1221567] которое состоит из следующих основных частей: линейного источника теплоты, представляющего собой нагреватель из непрерывного металлического сердечника, подключаемый к цепи нагрева, содержащий источник питания, позволяющий подавать ток нагрева со строго заданной силой в зависимости от теплопроводности исследуемого материала; цилиндрических термоэлектродов и вольтметра, подключенных к цепи измерения; термодатчиков. При включении электрического нагрева начинаются измерения температуры линейного источника теплоты в середине его длины в зависимости от времени. По расчетной формуле определяется искомый коэффициент теплопроводности.
Основной недостаток данного устройства заключается в том, что в нем отсутствует возможность создания различных температур и их стабилизации в заданном временном промежутке, при этом, оно не может быть использовано для исследования сыпучих материалов разного гранулометрического состава.
Известно, устройство для определения коэффициента теплопроводности зернистых и порошковых материалов [Панов Е.Н. и др. Установка для измерения теплопроводности углеродных зернистых и порошковых материалов // Вiсник. НТУУ «КПI». Хiмiчна iнженерiя, екологiя та ресурсозбереження. - 2011. - №. 1. - С. 58-63], которое состоит из трех частей: собственно, само устройство, силовой блок, блок сбора и обработки данных. Устройство (измерительный блок) представляет собой конструкцию из нагревательного узла и теплоизоляции. Нагревательный узел состоит из фонового нагревателя (спираль из материала высокого электрического сопротивления) и основного нагревателя (карбидкремниевого), размещенных концентрично и образующих кольцевой зазор, в котором размещают исследуемый материал. При этом образец имеет соотношение длины к внешнему диаметру не менее 3 к 1. Теплоизоляция включает в себя муллитокремнеземистые фасонные плиты, которые зажимают фоновый нагреватель с торцов для уменьшения тепловых потерь в осевом направлении, а также теплоизоляционный слой огнеупорной ваты, размещенной с внешней стороны фонового нагревателя для уменьшения тепловых потерь в радиальном направлении. Достижение необходимого температурного режима осуществляется с помощью фонового и основного нагревателей. Регулирование мощности нагревателей выполняется силовым блоком, который включает в себя регулятор напряжения однофазный для питания фонового нагревателя и регулятор напряжения однофазный для питания основного нагревателя. По расчетной формуле определяется искомый коэффициент теплопроводности.
К недостаткам этого устройства можно отнести наличие двух нагревательных элементов (основного и фонового), что усложняют конструкцию устройства, а также высокий разбег получаемых результатов измерений теплофизической характеристики (максимальная погрешность измерения теплопроводности ±15%), что говорит о недостаточной достоверности получаемых данных о теплопроводности исследуемого сыпучего материала, которая во многом зависит от создания правильного теплового цилиндрического поля в исследуемом материале вокруг линейного источника теплоты.
Самым близким по технической сути решением является устройство для определения коэффициента теплопроводности сыпучих материалов [Лабораторный практикум по курсу тепломассообмена: метод, указания / сост. В.Н. Белозерцев и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2008. - 54 с (стр. 11-14)]. Устройство состоит из двух концентрически расположенных труб, диаметрами 42 мм и 76 мм; торцовых крышки и про ставки для уменьшения концевых тепловых потерь, которые выполнены из термостойкого пластика; электронагревателя мощностью 200 Вт; шести термопар, три расположены на внешней трубе, а три на поверхности внутренней трубы; электронного измерителя температуры; стабилизатора напряжения; автотрансформатора; ваттметра. По расчетной формуле определяется искомый коэффициент теплопроводности.
К недостаткам этого устройства можно отнести отсутствие возможности создания различных температур и их стабилизации в заданном временном промежутке; исследования сыпучих материалов разного гранулометрического состава с размером более 2 мм; сравнительно низкой оперативности получения экспериментальных данных, которая зависит от скорости распределения теплового потока в объеме внутренней трубы по любому его сечению вокруг линейного источника теплоты, обусловленной коэффициентом теплопроводности вещества в ее внутреннем пространстве.
Техническая задача - создание устройства для определения коэффициента теплопроводности сыпучих материалов разного гранулометрического состава с размерами до 15 мм со сравнительно более высокой оперативностью получения экспериментальных данных в температурном диапазоне от 10°С до 400°С.
Технический результат - получение достоверных данных о теплопроводности исследуемого сыпучего материала разного гранулометрического состава.
Для решения поставленной задачи и получения заявленного технического результата, устройство для определения коэффициента теплопроводности сыпучих материалов, содержащее две концентрически установленные трубы с торцовой крышкой, электронагреватель, термопары, расположенные на внешней трубе и на поверхности внутренней трубы, представлено как съемно-разъемное устройство, в котором концентрически установленные трубы с торцовой крышкой заключены в корпус, где каждая из соосно сопряженных вертикальных труб является отдельной его частью, в котором внутренняя труба, снизу жестко связанная с круглой площадкой с буртиками по ее центру, представляет собой теплогенерирующую часть, а внешняя труба, жестко соосно связанная с корпусом устройства, плотно соединена с круглой площадкой с буртиками, обеспечивая пространство для термостатирования, представляет собой термостатическую часть.
Устройство обеспечивает пространство между внешней трубой и корпусом устройства, внутри которого осуществляется поддержание заданного термического режима за счет термостатирования, находящегося в нем объема перекачиваемой жидкости, обеспечивая тем самым проведение экспериментальных исследований в температурном диапазоне от 10°С до 400°С, при этом внешняя труба, которая может иметь различный диаметр, в зависимости от крупности исследуемых сыпучих материалов, и корпус представляет собой цельную конструкцию, встраиваемую в устройство соосно к внутренней трубе на площадку, которая имеет цельную конструкцию с внутренней трубой, ограниченной выступающим по границе установки буртиком, заполненной вместо воздушной прослойки, материалом с более высоким коэффициентом теплопроводности, обеспечивая тем самым повышение скорости распределения теплового потока от линейного источника теплоты в объеме внутренней трубы.
Таким образом, расчленив установку на теплогенерирующую часть, включающую внутреннюю трубу, с электронагревателем внутри, заполненную, например кварцевым песком, цельно связанной с площадкой с буртиками, являющуюся границами устройства, термостатирующую часть, включающую внешнюю трубу различного диаметра и корпус, внутреннее пространство которой заполнено термостатирующей жидкостью, представляющую собой цельную конструкцию, встраиваемую в устройство соосно к внутренней трубе на площадку с буртиками и измерительную часть можно решить поставленную задачу.
Устройство поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен схема устройства, вид сбоку;
на фиг. 2 - разрез устройства по А-А.
Устройство включает: теплогенерирующую часть, состоящую из внутренней трубы 1 и площадки 2 с буртиками 3, представляющих собой цельную конструкцию, электронагревателя 4, находящегося внутри трубы по центру и стабилизатора напряжения 5; термостатическую часть, состоящую из внешней трубы 6 и корпуса 7 установки, представляющих собой цельную конструкцию, торцовой крышки 8, термостата 9, входного 10 и выходного 11 патрубков; измерительную часть, состоящую из термопар 12, трансформатора 13, ваттметра 14 и электронный измеритель температуры 15.
Устройство работает следующим образом.
В зависимости от размеров исследуемого сыпучего материала выбирается термостатическая часть установки по диаметру внешней трубы 6, которая соединяется с теплогенерирующей частью установки корпусом 7 и площадкой 2 с буртиками 3, гарантирующие соосность двух частей, далее к установке подключается измерительная часть, включающая автотрансформатор 13, ваттметр 14 и считывающий прибор 15, при этом, термопары 12 предварительно монтируются как к теплогенерирующей, на поверхность внутренней трубы 1, так и термостатирующей - на поверхность внешней трубы 6 частей установки, и термостат 9, за счет работы которого жидкость, проходящая в пространстве между корпусом 7 и внешней трубой 6, посредством входного 10 и выходного 11 патрубков, будет иметь заданную температуру. Далее в пространство между внутренней трубой 1 и внешней трубой 6 засыпается исследуемый сыпучий материал, после чего сверху для уменьшения концевых тепловых потерь устанавливается торцевая крышка 8 из теплоизолирующего материала. Установка готова к работе. Далее установка подключается к электросети через стабилизатор напряжения 5 при соответствующем положении рукоятки трансформатора 13, затем изменением напряжения мощность электронагревателя 4 поднимаем до значений, необходимых для разогрева установки и стабилизации заданной температуры на поверхности внутренней трубы 1 в измеряемых диапазонах температуры, объем которой может быть заполнен кварцевым песком для ускоренной термической стабилизации, которая регистрируется соответствующими термопарами 12 и фиксируется электронным измерителем температуры 15. Значение мощности, которое фиксируется на ваттметре 14, рекомендуется несколько снизить таким образом, чтобы температура на поверхности внутренней трубы 1 сохранялась приблизительно постоянной. В дальнейшем, чтобы добиться стационарного теплового потока, периодически производится измерение температуры на поверхности внешней трубы 6, соответствующими термопарами 12. Признаком стационарности будет являться постоянство температур обеих поверхностей. По достижении стационарности регистрируются показания температур на поверхностях внутренней 1 и внешней 6 труб, которые фиксируется электронным измерителем температуры 15, а также регистрируются показания ваттметра 14. Далее по расчетной формуле (1) определяется искомый коэффициент теплопроводности
,
где d1, d2 - диаметры цилиндрического слоя испытуемого материала (внутренней трубы и внешней соответственно), м;
l - длина трубы, м;
t1, t2 - средние температуры внутренней и внешней поверхности,°С.
Положительный эффект предлагаемого устройства достигается за счет заполнения воздушной прослойки во внутренней трубе с низким коэффициентом теплопроводности на материал с более высоким коэффициентом теплопроводности, в частности кварцевым песком, за счет использования на выбор различных диаметров внешней трубы и стабилизации заданной температуры на ее внешнем контуре, вследствие создания там термостатирующих условий.
Данное устройство позволяет получать достоверные данные о теплопроводности исследуемого сыпучего материала разного гранулометрического состава с размерами до 15 мм и вида в интервале температур от 10°С до 400°С, вследствие создания правильного теплового цилиндрического поля в исследуемом материале вокруг линейного источника теплоты.
Claims (1)
- Устройство для определения коэффициента теплопроводности сыпучих материалов, содержащее две концентрически установленные трубы с торцовой крышкой, электронагреватель, термопары, расположенные на внешней трубе и на поверхности внутренней трубы, отличающееся тем, что концентрически установленные трубы с торцовой крышкой заключены в корпус и представляют собой съемно-разъемное устройство, где каждая из соосно сопряженных вертикальных труб является отдельной его частью, в котором внутренняя труба, снизу жестко связанная с круглой площадкой с буртиками по ее центру, представляет собой теплогенерирующую часть, а внешняя труба, жестко соосно связанная с корпусом устройства, плотно соединена с круглой площадкой с буртиками, обеспечивая пространство для термостатирования, представляет собой термостатическую часть.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU225411U1 true RU225411U1 (ru) | 2024-04-19 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1221567A1 (ru) * | 1984-11-20 | 1986-03-30 | Восточно-Сибирский технологический институт | Устройство дл определени коэффициента теплопроводности материалов |
| SU1509702A1 (ru) * | 1987-12-04 | 1989-09-23 | Институт Торфа Ан Бсср | Устройство дл измерени теплофизических характеристик сыпучих материалов |
| RU2502988C1 (ru) * | 2012-07-12 | 2013-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) | Способ определения теплопроводности сыпучих материалов при нестационарном тепловом режиме |
| RU154799U1 (ru) * | 2015-02-17 | 2015-09-10 | Альберт Хамед-Харисович Нугманов | Калориметр для определения удельной теплоёмкости пищевых продуктов |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1221567A1 (ru) * | 1984-11-20 | 1986-03-30 | Восточно-Сибирский технологический институт | Устройство дл определени коэффициента теплопроводности материалов |
| SU1509702A1 (ru) * | 1987-12-04 | 1989-09-23 | Институт Торфа Ан Бсср | Устройство дл измерени теплофизических характеристик сыпучих материалов |
| RU2502988C1 (ru) * | 2012-07-12 | 2013-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) | Способ определения теплопроводности сыпучих материалов при нестационарном тепловом режиме |
| RU154799U1 (ru) * | 2015-02-17 | 2015-09-10 | Альберт Хамед-Харисович Нугманов | Калориметр для определения удельной теплоёмкости пищевых продуктов |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "Лабораторный практикум по курсу тепломассообмена: метод, указания", сост. В.Н. Белозерцев и др, 2-е изд., перераб. и доп., Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2008, С. 11-14. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bunnell et al. | Effective thermal conductivities in gas-solid systems | |
| Harris et al. | Measuring the thermal conductivity of heat transfer fluids via the modified transient plane source (MTPS) | |
| Warzoha et al. | Determining the thermal conductivity of liquids using the transient hot disk method. Part II: Establishing an accurate and repeatable experimental methodology | |
| CN101113963A (zh) | 一种测量液体导热系数的方法及其装置 | |
| West et al. | An Adiabatic Calorimeter for the Range 30 to 500 C J, 2 | |
| CN103954650B (zh) | 一种固体材料热扩散系数测试方法与系统 | |
| Totala et al. | Natural convection characteristicsin vertical cylinder | |
| Yang et al. | An experimental study of natural convection heat transfer from a horizontal cylinder in high Rayleigh number laminar and turbulent regions | |
| Mursalov et al. | Isochoric heat capacity of heavy water at subcritical and supercritical conditions | |
| Kays et al. | Laminar flow heat transfer to a gas with large temperature differences | |
| RU225411U1 (ru) | Устройство для определения коэффициента теплопроводности сыпучих материалов | |
| Lu et al. | Numerical simulation and experimental investigation of natural convection heat transfer of molten salt around fine wire | |
| RU118749U1 (ru) | Калориметр для измерения теплофизических величин | |
| CN106645284A (zh) | 一种圆管材料导热系数测量系统及其测量方法 | |
| Zandt et al. | Capabilities for dielectric-constant gas thermometry in a special large-volume liquid-bath thermostat | |
| Bayley et al. | Heat transfer by free convection in a liquid metal | |
| RU169152U1 (ru) | Стенд для моделирования теплообмена транспортируемых конвейерами горячих материалов | |
| Lewandowski et al. | Effect of the use of the balance and gradient methods as a result of experimental investigations of natural convection action with regard to the conception and construction of measuring apparatus | |
| RU2421711C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля комплекса теплофизических характеристик твердых строительных материалов | |
| JP2017036939A (ja) | 土壌熱物性測定装置 | |
| Farber et al. | Variation of heat transfer coefficient with length | |
| Yan et al. | Thermal characteristics of a sealed glass-water heat pipe from 0° C to 60° C | |
| CN205263008U (zh) | 一种凝固点测定实验中的金属冷浴装置 | |
| Azme et al. | Design & Construction of An Experimental Setup for Measuring Thermal Conductivity of Versatile Range of Solid Materials | |
| Butterworth et al. | FORGED-CONVECTIVE LAMINAE FLOW HEAT TRANSFER IN THE ENTRANCE REGION OF A TUBE |