RU2492455C1 - Устройство для измерения теплопроводности флюидонасыщенных под давлением пористых тел - Google Patents
Устройство для измерения теплопроводности флюидонасыщенных под давлением пористых тел Download PDFInfo
- Publication number
- RU2492455C1 RU2492455C1 RU2012105859/28A RU2012105859A RU2492455C1 RU 2492455 C1 RU2492455 C1 RU 2492455C1 RU 2012105859/28 A RU2012105859/28 A RU 2012105859/28A RU 2012105859 A RU2012105859 A RU 2012105859A RU 2492455 C1 RU2492455 C1 RU 2492455C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- thermal conductivity
- heater
- measuring
- refrigerator
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в промысловой геофизике для оценки глубинных тепловых полей, процессов мембранного разделения в химической промышленности и других отраслях. Заявлено устройство для измерения теплопроводности флюидонасыщенных пористых тел при поровом давлении до 100 МПа и температурах 200÷500 К, реализующее стационарный способ плоского слоя, в котором нагреватель и холодильник являются конструктивными силовыми элементами измерительного автоклава. Образец помещается между нагревателем и холодильником с использованием прокладок из пластичного материала для обеспечения теплового контакта между ними. Устройство также содержит трубку для вакуумирования полости с образцом. Стенки полости, содержащей образец, выполнены предварительно отполированными. Технический результат: повышение точности измерения теплопроводности флюидонасыщенных пористых тел. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к способам измерения теплофизических свойств веществ при температурах до 500 K и давлениях до 100 МПа, и может быть использовано в геофизике для оценки глубинных тепловых полей, процессов мембранного разделения в химической промышленности и других отраслях.
Аналог предлагаемого устройства представлен в работе Курбанова А.А. Теплопроводность газо- водо- и нефтенасыщенных горных пород в условиях моделирующих глубинные залегания пластов // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1988. С.107-112. Устройство реализует стационарный метод плоского слоя. Давление до 150 МПа на исследуемый образец создается в термостатированном автоклаве, заполненном передающей давление жидкостью. При этом в автоклав помещается также электрический нагреватель, создающий тепловой поток, холодильник, термопары для измерения разности температур нагревателя и холодильника и абсолютной температуры опыта, система компенсации и измерения потерь тепла нагревателя. Это требует использования сложных устройств герметизации входящих в автоклав измерительных коммуникаций, приводит к возникновению дополнительных погрешностей из-за неконтролируемого теплопереноса через коммуникации и механического воздействия давления на материал термоэлектродов.
Прототип предлагаемого устройства описан в работе Эмирова С.Н. Экспериментальное исследование теплопроводности полупроводников и горных пород при высоких давлениях и температурах: дис. … докт. техн. наук. - Махачкала, 1997. - 306 с. Отличается от аналога тем, что давление до 350 МПа на образец создается газом (аргоном). В прототипе использована более совершенная методика учета погрешностей измерения теплопроводности, но основные недостатки аналога сохранились. Кроме того прототип требует использования сложного компрессорного оборудования и взрывоопасен. И аналог и прототип устройства труднореализуемы из-за необходимости поддержания высокого давления в достаточно большом объеме.
Техническая задача изобретения - измерение теплопроводности флюидонасыщенных пористых тел при температурах от 200 до 500 K и давлении до 100 МПа с погрешностью не хуже 3%.
Для решения технической задачи изобретения предлагается сделать нагреватель 2 и холодильник 3 конструктивными силовыми элементами измерительной ячейки устройства (фиг.1), реализующего стационарный метод плоского слоя. При этом давление создается только в объеме цилиндрического образца 1, а измерительные термопары 6 и 7 и электрический нагреватель 5 оказываются разгружены от давления, что значительно упрощает аппаратурное оформление опыта и повышает его точность за счет снижения неконтролируемых переносов тепла и исключения влияния давления на термоЭДС измерительных термопар.
Технический результат изобретения - повышение точности определения теплопроводности флюидонасыщенного под давлением пористого образца.
Для осуществления изобретения предлагается устройство (фиг.1) состоящее из цилиндрической обечайки 4, изготовленной из нержавеющей хромоникелевой стали со сравнительно низкой теплопроводностью. Днища 2 и 3 изготавливаются из прокатной меди с высокой теплопроводностью и являются одновременно нагревателем и холодильником образца 1. При диаметре образца d=30 мм и его длине l=20 мм толщина стенок обечайки и днищ должна быть не менее 10 мм. В одно из днищ в радиальное сквозное отверстие помещается электрический нагреватель 5. Для измерения температуры днища 2 (нагревателя) и днища 3 (холодильника) используются термопары 7 и 6, помещенные в радиальные глухие отверстия. В обечайку 4 вварена трубка 9 через которую образец 1 вакуумируется, а затем насыщается исследуемым флюидом под давлением.
Устройство работает следующим образом. Между днищем и обечайками помещаются прокладки 8 из пластичного материала (отожженная медь, фторопласт и т.д.), что обеспечивает надежный тепловой контакт нагревателя 2, холодильника 3 с образцом 1. Конструкция стягивается шпильками 10 и помещается в термостат. Теплота Q, выделяемая электрическим нагревателем 5 создает тепловые потоки:
Q=UI=Q1+Q2+Qпот1+Qпот2+Qпот3
где
U - напряжение;
J - сила тока;
Q1 - тепловой поток через образец 1;
Q2 - тепловой поток через обечайку 4;
Qпот1 - осевой поток неконтролируемых потерь тепла от нагревателя;
Qпот2 - радиальный поток неконтролируемых потерь тепла от нагревателя;
Qпот3 - радиальный поток неконтролируемых потерь тепла от обечайки.
Для учета тепловых потоков Q2, Qпот1, Qпот2 и Qпот3 предварительно выполняют тарировку устройства без образца 1 при температуре от 200 до 500 K и фиксированной разности температур нагревателя и холодильника T1-T2. При этом полость для образца 1 вакуумируется через трубку 9, а ее внутренние поверхности предварительно полируются. Таким образом, тепло в полости 1 не передается ни теплопроводностью, ни конвекцией, ни излучением т.е. Q1=0 и характер зависимости Q0=F(T) определяется только изменением теплопроводностей материала обечайки 4 и теплоизолирующего материала вокруг устройства в рабочем температурном интервале от 200 до 500 K.
Температура опыта:
где
Q0=U0I0=Q2+Qпот1+Qпот2+Qпот3 - количество тепла, необходимого в опыте без образца для поддержания фиксированной разности T1-T2 для текущей T;
Ттерм. - температура в термостате;
T1 - температура нагревателя, измеренная термопарой 7;
T2 - температура холодильника, измеренная термопарой 6.
После определения зависимости Q0=F(T) в устройство помещается образец 1 через который устанавливается тепловой поток Q1. Это приводит к охлаждению нагревателя 2 и нагреву холодильника 3. Следовательно, для поддержания фиксированной разности T1-Т2 к электрическому нагревателю 5 необходимо подвести дополнительно:
Q1=Q-Q0=UI-U0I0
Тогда для текущей T и порового давления P получаем рабочую формулу:
где
l - длина образца 1, м;
S - площадь поперечного сечения образца, м2;
λ - теплопроводность образца, Вт/м·К.
Фиг.1: Принципиальная схема устройства.
1 - образец; 2 - днище (нагреватель); 3 - днище (холодильник); 4 - цилиндрическая обечайка; 5 - электрический нагреватель; 6 - термопара холодильника; 7 - термбпара нагревателя; 8 - прокладки из пластичного материала; 9 - трубка для вакуумирования и создания порового давления в образце; 10 - шпильки.
Claims (3)
1. Устройство для измерения теплопроводности флюидонасыщенных пористых тел при поровом давлении до 100 МПа и температурах 200÷500 К, реализующее стационарный способ плоского слоя, в котором нагреватель и холодильник являются конструктивными силовыми элементами измерительного автоклава, отличающееся тем, что образец помещается между нагревателем и холодильником с использованием прокладок из пластичного материала для обеспечения теплового контакта между ними.
2. Устройство для измерения теплопроводности по п.1, отличающееся наличием трубки для вакуумирования полости с образцом.
3. Устройство для измерения теплопроводности по п.1, отличающееся тем, что стенки полости, содержащей образец, выполнены предварительно отполированными.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012105859/28A RU2492455C1 (ru) | 2012-02-17 | 2012-02-17 | Устройство для измерения теплопроводности флюидонасыщенных под давлением пористых тел |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012105859/28A RU2492455C1 (ru) | 2012-02-17 | 2012-02-17 | Устройство для измерения теплопроводности флюидонасыщенных под давлением пористых тел |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012105859A RU2012105859A (ru) | 2013-08-27 |
RU2492455C1 true RU2492455C1 (ru) | 2013-09-10 |
Family
ID=49163418
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012105859/28A RU2492455C1 (ru) | 2012-02-17 | 2012-02-17 | Устройство для измерения теплопроводности флюидонасыщенных под давлением пористых тел |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2492455C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2575473C1 (ru) * | 2014-10-28 | 2016-02-20 | Михаил Александрович Кузнецов | Способ измерения влияния давления до 100 мпа на теплопроводность флюидонасыщенных пористых тел |
RU2752398C1 (ru) * | 2020-11-23 | 2021-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" | Способ совокупного измерения теплопроводности разнородных твердых материалов и устройство для его осуществления |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU779870A1 (ru) * | 1979-01-03 | 1980-11-15 | За витель ,-.„.„ . ®пт ,-:., . --I ;:-:tei v,.r).....-.. . / .n;-;v ;v/ ;M« --:---. С. -si | Устройство дл измерени теплопроводности |
SU783664A1 (ru) * | 1979-01-17 | 1980-11-30 | Институт Технической Теплофизики Ан Украинской Сср | Устройство дл определени коэффициента теплопроводности |
SU911274A1 (ru) * | 1980-06-12 | 1982-03-07 | Институт технической теплофизики АН УССР | Устройство дл определени теплопроводности жидкостей и газов |
SU1684643A1 (ru) * | 1989-05-10 | 1991-10-15 | Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства | Устройство дл определени теплопроводности материалов |
SU1755152A1 (ru) * | 1990-12-10 | 1992-08-15 | Казанский государственный университет им.В.И.Ульянова-Ленина | Устройство дл определени теплофизических свойств материалов |
RU2124717C1 (ru) * | 1997-04-29 | 1999-01-10 | Институт физики им.Х.И.Амирханова Дагестанского научного центра РАН | Устройство для измерения теплопроводности |
US5940784A (en) * | 1996-03-08 | 1999-08-17 | Metrisa, Inc. | Heat flow meter instruments |
-
2012
- 2012-02-17 RU RU2012105859/28A patent/RU2492455C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU779870A1 (ru) * | 1979-01-03 | 1980-11-15 | За витель ,-.„.„ . ®пт ,-:., . --I ;:-:tei v,.r).....-.. . / .n;-;v ;v/ ;M« --:---. С. -si | Устройство дл измерени теплопроводности |
SU783664A1 (ru) * | 1979-01-17 | 1980-11-30 | Институт Технической Теплофизики Ан Украинской Сср | Устройство дл определени коэффициента теплопроводности |
SU911274A1 (ru) * | 1980-06-12 | 1982-03-07 | Институт технической теплофизики АН УССР | Устройство дл определени теплопроводности жидкостей и газов |
SU1684643A1 (ru) * | 1989-05-10 | 1991-10-15 | Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства | Устройство дл определени теплопроводности материалов |
SU1755152A1 (ru) * | 1990-12-10 | 1992-08-15 | Казанский государственный университет им.В.И.Ульянова-Ленина | Устройство дл определени теплофизических свойств материалов |
US5940784A (en) * | 1996-03-08 | 1999-08-17 | Metrisa, Inc. | Heat flow meter instruments |
RU2124717C1 (ru) * | 1997-04-29 | 1999-01-10 | Институт физики им.Х.И.Амирханова Дагестанского научного центра РАН | Устройство для измерения теплопроводности |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2575473C1 (ru) * | 2014-10-28 | 2016-02-20 | Михаил Александрович Кузнецов | Способ измерения влияния давления до 100 мпа на теплопроводность флюидонасыщенных пористых тел |
RU2752398C1 (ru) * | 2020-11-23 | 2021-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" | Способ совокупного измерения теплопроводности разнородных твердых материалов и устройство для его осуществления |
RU2790201C1 (ru) * | 2022-01-10 | 2023-02-15 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Устройство для измерения теплопроводности горной породы под одновременным воздействием порового и внешнего давлений |
RU2783366C1 (ru) * | 2022-02-16 | 2022-11-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Установка для определения теплопроводности материалов под давлением |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012105859A (ru) | 2013-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bai et al. | Experimental and analytical study of the overall heat transfer coefficient of water flowing through a single fracture in a granite core | |
Fang et al. | Temperature measured close to the interface of an evaporating liquid | |
Meng et al. | Viscosity measurements for 2, 3, 3, 3-tetrafluoroprop-1-ene (R1234yf) and trans-1, 3, 3, 3-tetrafluoropropene (R1234ze (E)) | |
Baled et al. | Viscosity of n-hexadecane, n-octadecane and n-eicosane at pressures up to 243 MPa and temperatures up to 534 K | |
WO2017152472A1 (zh) | 深海高压条件下岩石热物性测试系统与方法 | |
CN107884435B (zh) | 一种高压气体环境下测量材料导热系数的装置 | |
McLinden et al. | Thermodynamic Properties of 1, 1, 1, 2, 2, 4, 5, 5, 5-Nonafluoro-4-(trifluoromethyl)-3-pentanone: Vapor pressure,(p, ρ, T) Behavior, and Speed of Sound Measurements, and an Equation of State | |
CN108181016B (zh) | 金刚石对顶砧样品温度的测量方法 | |
Perkins et al. | Spherical resonator for vapor-phase speed of sound and measurements of 1, 1, 1, 2, 2, 3, 3-heptafluoro-3-methoxypropane (RE347mcc) and trans-1, 3, 3, 3-tetrafluoropropene [R1234ze (E)] | |
Yao et al. | Thermal conductivity of ethyl fluoride (HFC161) | |
Fang et al. | Liquid density of HFE-7200 and HFE-7500 from T=(283 to 363) K at pressures up to 100 MPa | |
Steigerwald et al. | Feasibility of density and viscosity measurements under ammonothermal conditions | |
Kouidri et al. | Thermal and hydrodynamic performance of flow boiling through a heat exchanger filled with various metallic foam samples | |
RU2492455C1 (ru) | Устройство для измерения теплопроводности флюидонасыщенных под давлением пористых тел | |
Duan et al. | Role of molecular phonons and interfacial-temperature discontinuities in water evaporation | |
Magee et al. | High-temperature adiabatic calorimeter for constant-volume heat capacity measurements of compressed gases and liquids | |
Kamsanam et al. | Development of experimental techniques for measurement of heat transfer rates in heat exchangers in oscillatory flows | |
Kagawa et al. | Measurement of isobaric heat capacity of gaseous trans-1, 3, 3, 3-tetrafluoropropene (HFO 1234ze (E)) | |
Roth et al. | Analysis of a rapid supercritical extraction aerogel fabrication process: Prediction of thermodynamic conditions during processing | |
Guo et al. | A static analytical apparatus for vapour pressures and (vapour+ liquid) phase equilibrium measurements with an internal stirrer and view windows | |
Zandt et al. | Capabilities for dielectric-constant gas thermometry in a special large-volume liquid-bath thermostat | |
Sajjan et al. | Experimental investigation of vapor condensation of iso-butane over single horizontal plain tube under different vapor pressures | |
Zhang et al. | Experimental pvT property for the liquid HFO1234ze (E) using the isochoric method | |
Li et al. | Apparatus based on a compact single-sinker densimeter and measurements of the (p, ρ, T) relation of difluoromethane | |
Matityahu et al. | Novel experimental design for high pressure-high temperature electrical resistance measurements in a “Paris-Edinburgh” large volume press |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140218 |