RU2575565C2 - Determination of heat flow released by heat-carrying fluid medium - Google Patents
Determination of heat flow released by heat-carrying fluid medium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2575565C2 RU2575565C2 RU2013127192/28A RU2013127192A RU2575565C2 RU 2575565 C2 RU2575565 C2 RU 2575565C2 RU 2013127192/28 A RU2013127192/28 A RU 2013127192/28A RU 2013127192 A RU2013127192 A RU 2013127192A RU 2575565 C2 RU2575565 C2 RU 2575565C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- measuring
- temperature
- fluid
- sound
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 112
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 35
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 8
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 8
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 3
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 1
- 231100000486 side effect Toxicity 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к технологии измерения тепловых величин. Оно относится к способу определения теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды согласно родовому понятию п. 1 формулы изобретения.The present invention relates to a technology for measuring thermal quantities. It relates to a method for determining the heat flux emanating from a heat-carrying fluid according to the generic concept of
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Бинарные смеси двух текучих сред часто используют в оконечных системах, главным образом относящихся к нагреву, охлаждению или кондиционированию воздуха и т.д. Хорошо известной бинарной текучей средой является смесь воды и незамерзающей текучей среды, главным образом в виде смеси воды и гликоля. Когда такая смесь или бинарная текучая среда переносит тепловую энергию и доставляет эту энергию в местоположение системы циркуляции текучей среды, необходимо знать фактическое отношение смешения теплонесущей текучей среды в тех случаях, когда доставляемая энергия должна вычисляться на основании определенных измерений в системе.Binary mixtures of two fluids are often used in terminal systems, mainly related to heating, cooling or air conditioning, etc. A well-known binary fluid is a mixture of water and a non-freezing fluid, mainly in the form of a mixture of water and glycol. When such a mixture or binary fluid transfers thermal energy and delivers this energy to the location of the fluid circulation system, it is necessary to know the actual mixing ratio of the heat-carrying fluid in cases where the delivered energy must be calculated based on certain measurements in the system.
К сожалению, отношение смешения такой бинарной текучей среды или других смесей текучих сред изменяется со временем, поскольку, например, вода может испаряться из системы или воду могут доливать, при этом изменяется отношение смешения.Unfortunately, the mixing ratio of such a binary fluid or other fluid mixtures varies with time, because, for example, water can evaporate from the system or water can be added, while the mixing ratio changes.
В документе DE102005043699 раскрыт измерительный блок для транспортного средства, в котором определяется содержание антикоррозионной среды в системе текучих сред транспортного средства. Для определения отношения смешения измеряется скорость звука в текучей среде.DE102005043699 discloses a measurement unit for a vehicle in which a content of an anti-corrosion medium in a vehicle fluid system is determined. To determine the mixing ratio, the speed of sound in a fluid is measured.
В документе DE19533927 результаты измерения емкости и измерения скорости звука объединяются для определения и регулирования концентрации моющего средства в очищающей текучей среде.In DE19533927, the results of measuring capacitance and measuring the speed of sound are combined to determine and control the concentration of detergent in a cleaning fluid.
В документе DE3741577 раскрыты способ и система для измерения отношения смешения бинарной текучей среды при прохождении микроволнового сигнала через упомянутую жидкость.DE3741577 discloses a method and system for measuring a mixing ratio of a binary fluid as a microwave signal passes through said liquid.
В приведенных документах отсутствуют сведения относительно определения теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды, которая представляет собой смесь различных текучих сред.The above documents do not contain information regarding the determination of the heat flux emanating from a heat-carrying fluid, which is a mixture of various fluids.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Задача изобретения заключается в создании способа определения теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды, которая представляет собой смесь различных текучих сред.The objective of the invention is to provide a method for determining the heat flux emanating from a heat-carrying fluid, which is a mixture of various fluids.
Дальнейшая задача изобретения заключается в создании устройства для измерения теплового потока для осуществления упомянутого способа.A further object of the invention is to provide a device for measuring a heat flux for implementing said method.
Эти и другие задачи решаются способом по п. 1 формулы изобретения и устройством для измерения теплового потока по п. 13 формулы изобретения.These and other problems are solved by the method according to p. 1 of the claims and the device for measuring the heat flux according to p. 13 of the claims.
Способ согласно изобретению содержит этапы, на которых:The method according to the invention comprises the steps of:
а) измеряют дифференциальную температуру между упомянутой первой температурой и упомянутой второй температурой;a) measuring the differential temperature between said first temperature and said second temperature;
b) измеряют скорость звука в упомянутой теплонесущей текучей среде на заданном участке упомянутого пространства потока вблизи упомянутого первого и/или второго положения;b) measuring the speed of sound in said heat transfer fluid in a predetermined portion of said flow space in the vicinity of said first and / or second position;
с) измеряют абсолютную температуру теплонесущей текучей среды на упомянутом заданном участке;c) measuring the absolute temperature of the heat transfer fluid in said predetermined area;
d) измеряют объемный расход на упомянутом заданном участке;d) measuring the volumetric flow rate in said predetermined area;
е) определяют на основании упомянутой измеренной абсолютной температуры и упомянутой измеренной скорости звука отношение смешения упомянутой теплонесущей текучей среды;e) determining, based on said measured absolute temperature and said measured speed of sound, the mixing ratio of said heat-carrying fluid;
f) определяют на основании упомянутой измеренной абсолютной температуры и упомянутого определенного отношения смешения упомянутой теплонесущей текучей среды плотность и удельную теплоемкость упомянутой теплонесущей текучей среды; иf) determining, based on said measured absolute temperature and said determined mixing ratio of said heat transfer fluid, the density and specific heat of said heat transfer fluid; and
g) определяют на основании упомянутой измеренной дифференциальной температуры, упомянутого измеренного объемного расхода, упомянутой определенной плотности и упомянутой определенной удельной теплоемкости тепловой поток, исходящий от упомянутой теплонесущей текучей среды.g) determining, based on said measured differential temperature, said measured volumetric flow rate, said specific density and said specific specific heat capacity, a heat flux emanating from said heat-carrying fluid.
Согласно варианту осуществления способа по изобретению упомянутая теплонесущая текучая среда представляет собой бинарную смесь двух текучих сред.According to an embodiment of the method according to the invention, said heat transfer fluid is a binary mixture of two fluids.
В частности, упомянутая теплонесущая текучая среда представляет собой смесь воды и незамерзающей текучей среды.In particular, said heat transfer fluid is a mixture of water and a freezing fluid.
Более конкретно, упомянутая теплонесущая текучая среда представляет собой смесь воды и гликоля.More specifically, said heat transfer fluid is a mixture of water and glycol.
Согласно другому варианту осуществления способа по изобретению отношение смешения упомянутой теплонесущей текучей среды определяют на основании упомянутой измеренной абсолютной температуры и упомянутой измеренной скорости звука с помощью таблицы данных для соотношения между скоростью звука, абсолютной температурой и отношением смешения конкретной теплонесущей текучей среды.According to another embodiment of the method according to the invention, the mixing ratio of said heat transfer fluid is determined based on said measured absolute temperature and said measured sound velocity using a data table for the relationship between sound speed, absolute temperature and mixing ratio of a particular heat transfer fluid.
Как вариант отношение смешения упомянутой теплонесущей текучей среды можно определять на основании упомянутой измеренной абсолютной температуры и упомянутой измеренной скорости звука с помощью математического соотношения между скоростью звука, абсолютной температурой и отношением смешения конкретной теплонесущей текучей среды.Alternatively, the mixing ratio of said heat transfer fluid can be determined based on said measured absolute temperature and said measured speed of sound using the mathematical relationship between the speed of sound, absolute temperature and the mixing ratio of a specific heat transfer fluid.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения скорость звука в упомянутой теплонесущей текучей среде измеряют ультразвуковым измерительным устройством.According to another embodiment of the invention, the speed of sound in said heat transfer fluid is measured by an ultrasonic measuring device.
Более конкретно, ультразвуковое измерительное устройство содержит первый ультразвуковой преобразователь, помещенный на первой стороне упомянутого пространства потока, и второй ультразвуковой преобразователь, помещенный на второй стороне упомянутого пространства потока, так что ультразвуковой сигнал, проходящий между упомянутыми первым и вторым ультразвуковыми преобразователями, пересекает текучую среду в упомянутом пространстве потока.More specifically, the ultrasonic measuring device comprises a first ultrasonic transducer placed on the first side of said flow space and a second ultrasonic transducer placed on the second side of said flow space, so that an ultrasonic signal passing between said first and second ultrasonic transducers crosses the fluid into said space flow.
В частности, первый и второй ультразвуковые преобразователи располагают относительно потока текучей среды в упомянутом пространстве потока так, чтобы ультразвуковой сигнал, проходящий между упомянутыми первым и вторым ультразвуковыми преобразователями, имел составляющую скорости в направлении упомянутого потока текучей среды, скорость звука измеряют в противоположных направлениях между упомянутыми первым и вторым ультразвуковыми преобразователями, а объемный расход получают на основании измеренных различных скоростей звука в упомянутых противоположных направлениях.In particular, the first and second ultrasonic transducers are positioned relative to the fluid flow in said flow space so that an ultrasonic signal passing between said first and second ultrasonic transducers has a velocity component in the direction of said fluid flow, the speed of sound is measured in opposite directions between said the first and second ultrasonic transducers, and the volumetric flow rate is obtained on the basis of the measured various sound speeds in -mentioned opposite directions.
Когда для измерения скорости звука используют специализированное устройство, скорость потока текучей среды можно определять на основании двух различных измерений скорости звука, а именно в направлении потока и против направления потока. В таком случае объемный расход можно вычислять на основании скорости потока и площади поперечного сечения пространства потока или трубы. Однако согласно еще одному варианту осуществления изобретения упомянутый объемный расход измеряют отдельным расходомером.When a specialized device is used to measure the speed of sound, the fluid flow rate can be determined based on two different measurements of the speed of sound, namely in the direction of flow and against the direction of flow. In this case, the volumetric flow rate can be calculated based on the flow rate and the cross-sectional area of the flow space or pipe. However, according to another embodiment of the invention, said volumetric flow rate is measured with a separate flow meter.
Согласно еще одному варианту осуществления измерение скорости звука основано на измерении времени прохождения ультразвукового импульса, проходящего между упомянутыми первым и вторым ультразвуковыми преобразователями.According to another embodiment, the measurement of the speed of sound is based on measuring the transit time of an ultrasonic pulse passing between said first and second ultrasonic transducers.
Более конкретно, измерение скорости звука выполняют в соответствии со способом акустической обратной связи.More specifically, the measurement of the speed of sound is performed in accordance with the acoustic feedback method.
Устройство для измерения теплового потока согласно изобретению содержит:A device for measuring heat flux according to the invention comprises:
а) первое средство для измерения дифференциальной температуры между упомянутой первой температурой и упомянутой второй температурой;a) first means for measuring a differential temperature between said first temperature and said second temperature;
b) второе средство для измерения скорости звука в упомянутой теплонесущей текучей среде на заданном участке упомянутого пространства потока вблизи упомянутого первого и/или второго положения;b) second means for measuring the speed of sound in said heat transfer fluid in a predetermined portion of said flow space in the vicinity of said first and / or second position;
с) третье средство для измерения абсолютной температуры теплонесущей текучей среды на упомянутом заданном участке;c) third means for measuring the absolute temperature of the heat transfer fluid in said predetermined area;
d) четвертое средство для измерения объемного расхода на упомянутом заданном участке;d) a fourth means for measuring a volumetric flow rate in said predetermined section;
при этом упомянутые первое, второе, третье и четвертое средства соединены с блоком оценки для определения упомянутого теплового потока на основании данных, которые он принимает с упомянутых первого, второго, третьего и четвертого средств.wherein said first, second, third and fourth means are connected to an evaluation unit for determining said heat flux based on data that it receives from said first, second, third and fourth means.
Согласно варианту осуществления устройства для измерения теплового потока согласно изобретению упомянутое первое средство для измерения дифференциальной температуры содержит первый датчик температуры, помещенный в упомянутом первом положении, и второй датчик температуры, помещенный в упомянутом втором положении, находящемся ниже по потоку от упомянутого первого положения.According to an embodiment of the heat flux measuring device according to the invention, said first differential temperature measuring means comprises a first temperature sensor located in said first position and a second temperature sensor placed in said second position located downstream of said first position.
Более конкретно, упомянутое второе средство для измерения скорости звука в упомянутой теплонесущей текучей среде на заданном участке упомянутого пространства потока содержит ультразвуковое измерительное устройство, которое соединено с блоком управления ультразвуком.More specifically, said second means for measuring the speed of sound in said heat-carrying fluid in a predetermined portion of said flow space comprises an ultrasonic measuring device that is connected to an ultrasound control unit.
В принципе, абсолютную температуру можно определять на основании измеренных первой и второй температур от первого и второго датчиков температуры. Однако согласно еще одному варианту осуществления изобретения упомянутое третье средство для измерения абсолютной температуры теплонесущей текучей среды на упомянутом заданном участке содержит третий датчик температуры, который помещен между упомянутыми первым и вторым датчиками температуры в направлении потока.In principle, the absolute temperature can be determined based on the measured first and second temperatures from the first and second temperature sensors. However, according to yet another embodiment of the invention, said third means for measuring the absolute temperature of the heat transfer fluid in said predetermined portion comprises a third temperature sensor which is interposed between said first and second temperature sensors in a flow direction.
Согласно еще одному варианту осуществления упомянутое четвертое средство для измерения объемного расхода на упомянутом заданном участке содержит отдельный расходомер.According to yet another embodiment, said fourth means for measuring a volumetric flow rate in said predetermined section comprises a separate flowmeter.
Согласно еще одному варианту осуществления предусмотрена таблица данных для соотношения между скоростью звука, абсолютной температурой и отношением смешения конкретной теплонесущей текучей среды, а блок оценки имеет доступ к упомянутой таблице данных.According to yet another embodiment, a data table is provided for the relationship between the speed of sound, the absolute temperature and the mixing ratio of a particular heat transfer fluid, and the evaluation unit has access to said data table.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения упомянутое ультразвуковое измерительное устройство содержит по меньшей мере два ультразвуковых преобразователя, которые расположены так, что ультразвуковой сигнал, проходящий между упомянутыми по меньшей мере двумя ультразвуковыми преобразователями, пересекает упомянутую теплонесущую текучую среду.According to yet another embodiment of the invention, said ultrasonic measuring device comprises at least two ultrasonic transducers which are arranged such that an ultrasonic signal passing between said at least two ultrasonic transducers crosses said heat-carrying fluid.
Более конкретно, упомянутые по меньшей мере два ультразвуковых преобразователя расположены относительно направления потока упомянутой теплонесущей текучей среды так, что измерительная дорожка между упомянутыми по меньшей мере двумя ультразвуковыми преобразователями пересекает упомянутое направление потока под косым углом.More specifically, said at least two ultrasound transducers are positioned relative to the flow direction of said heat transfer fluid so that a measurement path between said at least two ultrasound transducers crosses said flow direction at an oblique angle.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Теперь настоящее изобретение будет пояснено более подробно на различных вариантах осуществления и с обращением к сопровождающим чертежам, на которых:Now, the present invention will be explained in more detail in various embodiments and with reference to the accompanying drawings, in which:
фиг. 1 - структурная схема устройства для измерения теплового потока согласно варианту осуществления изобретения; иFIG. 1 is a block diagram of a device for measuring heat flux according to an embodiment of the invention; and
фиг. 2 - набор кривых, характеризующих зависимость скорости звука от температуры для бинарной смеси воды и гликоля, имеющей долю гликоля 0, 20, 40 и 60%, которые можно использовать для определения отношения смешения, когда скорость звука и абсолютная температура известны.FIG. 2 is a set of curves characterizing the dependence of the speed of sound on temperature for a binary mixture of water and glycol having a glycol fraction of 0, 20, 40, and 60%, which can be used to determine the mixing ratio when the speed of sound and absolute temperature are known.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
На фиг. 1 показано устройство 10 для измерения теплового потока согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Центральной частью устройства является пространство 11 потока, например, труба. Текучая среда 12, в частности в виде бинарной текучей среды, более конкретно в виде смеси воды и незамерзающей текучей среды, еще более конкретно в виде смеси воды и гликоля, протекает через упомянутое пространство 11 потока, при этом поток имеет направление, которое обозначено на фиг. 1 набором стрелок.In FIG. 1 shows a
На левой стороне пространства 11 потока текучая среда 12 имеет первую температуру Т1, на правой стороне пространства 11 потока имеет вторую температуру Т2, которая ниже чем Т1. Разность температур или дифференциальная температура ΔТ=Т1-Т2 является следствием теплового потока dQ/dt, который исходит от текучей среды 12 и выходит из пространства 11 потока (см. широкую стрелку на фиг. 1). Тепловой поток dQ/dt может создаваться нагревательным радиатором или теплообменником или чем-либо подобным.On the left side of the space 11 of the flow fluid 12 has a first temperature T1, on the right side of the space 11 of the flow has a second temperature T2, which is lower than T1. The temperature difference or differential temperature ΔT = T1-T2 is a consequence of the heat flux dQ / dt that comes from the fluid 12 and leaves the space 11 of the flow (see the wide arrow in Fig. 1). The heat flux dQ / dt may be generated by a heating radiator or heat exchanger, or the like.
В соответствии с основными физическими принципами (см., например, документ US4440507) тепловой поток dQ/dt можно определять при использовании следующего уравнения:In accordance with basic physical principles (see, for example, US4440507), the heat flux dQ / dt can be determined using the following equation:
(1)
где ρ является плотностью текучей среды,
Однако часто случается, что отношение смешения текучей среды 12 изменяется с течением времени, например при испарении воды из системы циркуляции текучей среды или добавлении воды в нее, вследствие чего значения коэффициентов ρ и С изменяются и в результате определение теплового потока dQ/dt с помощью уравнения (1) становится неправомерным. В соответствии с этим отношение смешения следует определять по меньшей мере время от времени для уверенности в правильности результатов вычисления теплового потока.However, it often happens that the mixing ratio of the fluid 12 changes over time, for example, when water evaporates from the fluid circulation system or water is added to it, as a result of which the coefficients ρ and C change and, as a result, the heat flux dQ / dt is determined using the equation (1) becomes unlawful. Accordingly, the mixing ratio should be determined at least from time to time to ensure that the results of calculating the heat flux are correct.
Далее, из предшествующего уровня техники известно (см., например, документ DE 10 2005 043 699, конкретно фрагмент [0024]), что отношение смешения смеси текучих сред можно определять на основании скорости звука, которую измеряют в упомянутой смеси. После того как скорость звука измерена в такой текучей среде, калибровочные измерения или математические соотношения между параметрами (алгоритмы) можно использовать для определения фактического отношения смешения. На фиг. 2 показан набор кривых, которые характеризуют зависимость скорости vs звука от температуры Т для бинарной смеси воды и гликоля, имеющей долю гликоля 0, 20, 40 и 60%. Хотя показаны только четыре примерные кривые, ясно, что для точного определения отношения смешения необходимо иметь намного больше кривых с очень небольшими расстояниями между соседними кривыми.Further, it is known from the prior art (see, for example,
С использованием графика из фиг. 2 отношение смешения можно определять путем нахождения точки пересечения на упомянутом графике для заданной абсолютной температуры Т и заданной скорости vs звука. Эта точка пересечения лежит на одной из этих кривых, и она обозначает соответствующее отношение смешения, связанное с упомянутой кривой. Ясно, что такой график можно преобразовать в таблицу данных, содержащую дискретные значения включенных параметров. К такой таблице данных может легко иметь доступ компьютер для нахождения точного значения отношения смешения в случае, когда соответствующие значения абсолютной температуры Т и скорости vs звука известны.Using the graph of FIG. 2, the mixing ratio can be determined by finding the intersection point on the graph for a given absolute temperature T and a given sound speed v s . This intersection point lies on one of these curves, and it denotes the corresponding mixing ratio associated with the curve. It is clear that such a graph can be converted into a data table containing discrete values of the included parameters. Such a data table can be easily accessed by a computer to find the exact value of the mixing ratio in the case when the corresponding values of the absolute temperature T and sound speed v s are known.
Устройство 10 для измерения теплового потока из фиг. 1 содержит ультразвуковое измерительное устройство 13, которое можно использовать не только для измерения скорости vs звука в текучей среде 12 пространства 11 потока, но также и для измерения или определения объемного расхода dV/dt текучей среды 12, протекающей через пространство 11 потока. Ультразвуковое измерительное устройство 13 содержит первый ультразвуковой преобразователь 14 и второй ультразвуковой преобразователь 15. Оба преобразователя 14, 15 обозначают измерительную дорожку в пространстве 11 потока, которая на протяжении всей длины находится в текучей среде 12. Измерительная дорожка пересекает направление потока текучей среды 12 под косым углом.The heat
Ультразвуковые преобразователи 14 и 15 могут излучать и принимать ультразвуковые импульсы, которые проходят вдоль измерительной дорожки. Когда первый преобразователь 14 излучает ультразвуковой импульс, который принимается вторым преобразователем 15, время прохождения этого импульса по потоку между этими преобразователями составляет t1, и его можно выразить как:Ultrasonic transducers 14 and 15 can emit and receive ultrasonic pulses that pass along the measuring track. When the first transducer 14 emits an ultrasonic pulse that is received by the second transducer 15, the transit time of this pulse downstream between these transducers is
(2)
где L является длиной измерительной дорожки и (a·vf) является составляющей скорости vf потока текучей среды 12, параллельной направлению измерительной дорожки.where L is the length of the measuring track and (a · v f ) is a component of the velocity v f of the fluid flow 12 parallel to the direction of the measuring track.
Когда второй преобразователь 15 излучает ультразвуковой импульс, который принимается первым преобразователем 14, время прохождения этого импульса навстречу потоку между этими преобразователями составляет t2, и его можно выразить как:When the second transducer 15 emits an ultrasonic pulse that is received by the first transducer 14, the travel time of this pulse towards the flow between these transducers is t2, and it can be expressed as:
(3)
Путем субтрактивного объединения уравнений (2) и (3) скорость vs звука можно исключить, так что скорость vf потока текучей среды 12 будет:By subtractively combining equations (2) and (3), the sound velocity v s can be eliminated, so that the velocity v f of the fluid stream 12 will be:
(4)
где экспериментально определяемый калибровочный коэффициент k включает в себя не только коэффициент а, приведенный выше, но также эффекты, связанные с ситуацией неидеального измерения (вследствие профиля потока, побочных эффектов и т.д.).where the experimentally determined calibration coefficient k includes not only the coefficient a given above, but also the effects associated with the non-ideal measurement situation (due to the flow profile, side effects, etc.).
На основании скорости vf потока и известной площади А поперечного сечения пространства потока или трубы 11 объемный расход dV/dt можно определить из следующего выражения:Based on the flow velocity v f and the known cross-sectional area A of the flow space or pipe 11, the volumetric flow rate dV / dt can be determined from the following expression:
(5)
Путем аддитивного объединения уравнений (2) и (3) скорость vf потока можно исключить, чтобы получить скорость vs звука:By additively combining equations (2) and (3), the flow velocity v f can be eliminated in order to obtain the sound velocity v s :
(6)
где содержится другой калибровочный коэффициент k' описанного ранее вида.which contains another calibration coefficient k 'of the previously described form.
Точность определения скорости звука можно повысить при использовании так называемого способа акустической обратной связи (см., например, JP2003302270). В устройстве 10 для измерения теплового потока из фиг. 1 контур акустической обратной связи создается при посылке ультразвукового импульса от преобразователя 14 к преобразователю 15. Импульс принимается и подается по каналу обратной связи на блок 19 управления ультразвуком, который затем возбуждает новым ультразвуковым импульсом преобразователь 14. Этот контур функционирует несколько раз, а в блоке 19 управления ультразвуком измеряется суммарное время, которое затрачивается на выполнение этих нескольких циклов акустической обратной связи. После этого время, затрачиваемое импульсом на однократное прохождение вдоль измерительной дорожки, определяется делением суммарного времени на число выполненных циклов.The accuracy of determining the speed of sound can be improved by using the so-called acoustic feedback method (see, for example, JP2003302270). In the
Таким образом, ультразвуковое измерительное устройство 13 совместно с преобразователями 14 и 15 и блоком 19 управления ультразвуком, предназначенным для управления преобразователями 14 и 15, способно выполнять измерения и определять скорость vs звука в текучей среде 12, а также объемный расход dV/dt в пространстве (11) потока. Однако также можно измерять объемный расход dV/dt непосредственно с помощью отдельного расходомера 24, который может быть вида, хорошо известного в данной области техники. Результаты этих измерений и определений передаются на центральный блок 20 оценки, который имеет вычислительную мощность, необходимую для вычисления и/или определения фактического отношения смешения текучей среды 12.Thus, the ultrasonic measuring device 13, together with the transducers 14 and 15 and the ultrasound control unit 19 for controlling the transducers 14 and 15, is able to measure and determine the sound velocity v s in the fluid 12, as well as the volumetric flow rate dV / dt in space (11) flow. However, it is also possible to measure the volumetric flow rate dV / dt directly using a separate flow meter 24, which may be of the kind well known in the art. The results of these measurements and determinations are transmitted to the
При использовании таблицы 21 данных, которая представляет собой численный эквивалент графика, подобного показанному на фиг. 2, блок 20 оценки получает фактические значения скорости vs звука и абсолютную температуру Т и считывает из таблицы 21 данных соответствующее значение отношения смешения. Абсолютная температура Т измеряется датчиком 17 температуры, расположенным вблизи измерительной дорожки ультразвукового измерительного устройства 13. Вместо использования таблицы 21 данных отношение смешения можно оценивать путем использования подходящего алгоритма. В качестве варианта абсолютную температуру Т можно определять как среднее значение температур Т1 и Т2.Using data table 21, which is the numerical equivalent of a graph similar to that shown in FIG. 2, the
Отношение смешение, определяемое таким образом, можно использовать различными способами. Прежде всего, может издаваться сигнал с помощью оптического или акустического сигнального блока 22, который соединен с блоком 20 оценки и приводится в действие им, когда отношение смешения пересекает заданный предел. В случае когда минимальное содержание незамерзающей текучей среды необходимо для исключения замерзания системы, например в холодные зимние дни, сигнал может издаваться в случае, когда содержание незамерзающей текучей среды становится меньше заданного нижнего предела.The mixing ratio defined in this way can be used in various ways. First of all, a signal can be emitted using an optical or acoustic signal unit 22, which is connected to and activated by the
Кроме того, определенное или оцененное отношение смешения можно использовать совместно с измеренной абсолютной температурой Т и сведениями о виде и параметрах рассматриваемой незамерзающей текучей среды для определения фактической плотности ρ и теплоемкости С бинарной текучей среды 12. В таком случае при использовании уравнения (1) и результата измерения дифференциальной температуры ΔТ (датчиками 16 и 18 температуры) можно оценивать фактический тепловой поток dQ/dt.In addition, a determined or estimated mixing ratio can be used in conjunction with the measured absolute temperature T and information about the type and parameters of the considered non-freezing fluid to determine the actual density ρ and specific heat C of the binary fluid 12. In this case, using equation (1) and the result measuring the differential temperature ΔТ (temperature sensors 16 and 18), the actual heat flux dQ / dt can be estimated.
С одной стороны, этот оцененный тепловой поток dQ/dt можно проинтегрировать по времени, чтобы точно определить количество тепловой энергии, передаваемой от системы циркуляции текучей среды, для учета затрат на нагрев. С другой стороны, оцененный тепловой поток dQ/dt можно использовать для управления системой циркуляции текучей среды и передачи тепловой энергии посредством блока 23 управления тепловым потоком, который соединен с блоком 20 оценки.On the one hand, the estimated heat flow dQ / d t can be integrated over time to accurately determine the amount of thermal energy transferred from the fluid circulation system for heating cost accounting. On the other hand, the estimated heat flux dQ / dt can be used to control the fluid circulation system and transfer heat energy through the heat flux control unit 23, which is connected to the
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙLIST OF REFERENCE POSITIONS
10 - устройство для измерения теплового потока10 - device for measuring heat flux
11 - пространство потока (например труба)11 - flow space (e.g. pipe)
12 - текучая среда (главным образом бинарная)12 - fluid (mainly binary)
13 - ультразвуковое измерительное устройство13 - ultrasonic measuring device
14, 15 - преобразователь (ультразвуковой)14, 15 - transducer (ultrasonic)
16, 17, 18 - датчик температуры16, 17, 18 - temperature sensor
19 - блок управления ультразвуком19 - control unit ultrasound
20 - блок оценки20 - evaluation unit
21 - таблица данных21 - data table
22 - сигнальный блок22 - signal block
23 - блок управления тепловым потоком23 - heat flow control unit
24 - расходомер24 - flow meter
Т, Т1, Т2 - температура T ,
ΔТ - дифференциальная температураΔ T - differential temperature
dQ/dt - тепловой потокdQ / dt - heat flux
dV/dt - объемный расходdV / dt - volumetric flow rate
vf - скорость потокаv f - flow rate
vs - скорость звукаv s is the speed of sound
Claims (20)
a) измеряют дифференциальную температуру (ΔТ) между упомянутой первой температурой (Т1) и упомянутой второй температурой (Т2);
b) измеряют скорость (vs) звука в упомянутой теплонесущей текучей среде (12) на заданном участке упомянутого пространства (11) потока вблизи упомянутого первого и/или второго положения;
c) измеряют абсолютную температуру (Т) теплонесущей текучей среды (12) на упомянутом заданном участке;
d) измеряют объемный расход (dV/dt) на упомянутом заданном участке;
e) определяют на основании упомянутой измеренной абсолютной температуры (Т) и упомянутой измеренной скорости (vs) звука отношение смешения упомянутой теплонесущей текучей среды (12);
f) определяют на основании упомянутой измеренной абсолютной температуры (Т) и упомянутого определенного отношения смешения упомянутой теплопередающей текучей среды (12) плотность и удельную теплоемкость упомянутой теплонесущей текучей среды (12); и
g) определяют на основании упомянутой измеренной дифференциальной температуры (ΔТ), упомянутого измеренного объемного расхода (dV/dt), упомянутой определенной плотности и упомянутой определенной удельной теплоемкости тепловой поток (dQ/dt), исходящий от упомянутой теплонесущей текучей среды (12).1. A method for determining the heat flux (dQ / dt) emanating from a heat-carrying fluid (12), which is a mixture of at least two different fluids and which flows through the space (11) of the flow from a first position, where it has a first temperature (T1) to the second position, where, due to this heat flux (dQ / dt), it has a second temperature (T2) that is lower than the first temperature (T1), said method comprising the steps of:
a) measuring a differential temperature (ΔT) between said first temperature (T1) and said second temperature (T2);
b) measuring the speed (v s ) of sound in said heat transfer fluid (12) in a predetermined portion of said flow space (11) in the vicinity of said first and / or second position;
c) measuring the absolute temperature (T) of the heat transfer fluid (12) in said predetermined area;
d) measuring the volumetric flow rate (dV / dt) in said predetermined area;
e) determining, based on said measured absolute temperature (T) and said measured sound speed (v s ), the mixing ratio of said heat-carrying fluid (12);
f) determining, based on said measured absolute temperature (T) and said determined mixing ratio of said heat transfer fluid (12), the density and specific heat of said heat transfer fluid (12); and
g) determining, based on said measured differential temperature (ΔT), said measured volumetric flow rate (dV / dt), said specific density and said specific specific heat, a heat flux (dQ / dt) emanating from said heat-carrying fluid (12).
а) первое средство (16, 18) для измерения дифференциальной температуры (ΔТ) между упомянутой первой температурой (Т1) и упомянутой второй температурой (Т2);
b) второе средство (13, 19) для измерения скорости (vs) звука в упомянутой теплонесущей текучей среде (12) на заданном участке упомянутого пространства (11) потока вблизи упомянутого первого и/или второго положения;
с) третье средство (17) для измерения абсолютной температуры (Т) теплонесущей текучей среды (12) на упомянутом заданном участке;
d) четвертое средство (13, 24) для измерения объемного расхода (dV/dt) на упомянутом заданном участке;
при этом упомянутые первое, второе, третье и четвертое средства (13, 16, 17, 18, 19, 24) соединены с блоком (20) оценки
для определения упомянутого теплового потока (dQ/dt) на основании данных, которые он принимает с упомянутых первого, второго, третьего и четвертого средств (13, 16, 17, 18, 19, 24).13. Device (10) for measuring heat flux for implementing the method according to one of claims. 1-12, while the said device (10) for measuring heat flux contains:
a) the first means (16, 18) for measuring the differential temperature (ΔT) between said first temperature (T1) and said second temperature (T2);
b) second means (13, 19) for measuring the speed (v s ) of sound in said heat-carrying fluid (12) in a given section of said flow space (11) in the vicinity of said first and / or second position;
c) third means (17) for measuring the absolute temperature (T) of the heat-carrying fluid (12) in said predetermined area;
d) fourth means (13, 24) for measuring volumetric flow (dV / dt) in said predetermined area;
wherein said first, second, third and fourth means (13, 16, 17, 18, 19, 24) are connected to the evaluation unit (20)
to determine said heat flux (dQ / dt) based on the data that it receives from said first, second, third and fourth means (13, 16, 17, 18, 19, 24).
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH19352010 | 2010-11-18 | ||
CH1935/10 | 2010-11-18 | ||
PCT/CH2011/000248 WO2012065276A1 (en) | 2010-11-18 | 2011-10-19 | Determining the heat flow emanating from a heat transporting fluid |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013127192A RU2013127192A (en) | 2014-12-27 |
RU2575565C2 true RU2575565C2 (en) | 2016-02-20 |
Family
ID=
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2730364C1 (en) * | 2019-11-13 | 2020-08-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method of determining content of a gas-liquid medium component |
RU2744486C1 (en) * | 2019-10-18 | 2021-03-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method for determining mass of a gas-liquid medium component |
RU2760926C1 (en) * | 2020-08-11 | 2021-12-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method for diagnosing a component of a two-phase medium |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4145922A (en) * | 1976-12-06 | 1979-03-27 | Westinghouse Electric Corp. | Thermal power measurement apparatus |
US4440507A (en) * | 1980-05-28 | 1984-04-03 | Valmet Oy | Procedure for measuring thermal energy transported by fluid flow |
DE19739367A1 (en) * | 1997-04-26 | 1999-07-08 | Boehringer Volker | Process for optimizing the determination of the conveyed heat quantities in fluids with volume flow sensors for the calibration heat quantity meter |
DE102005043699A1 (en) * | 2005-09-14 | 2007-03-22 | Daimlerchrysler Ag | Ultrasonic test head positioning procedure uses camera fixed on industrial robot to image approximate weld position to create data to place test head in ideal position |
EP1975582B1 (en) * | 2007-03-29 | 2013-06-05 | Hydrometer GmbH | Heating or cooling counter device for determining the energy consumption in a temperature controlling loop |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4145922A (en) * | 1976-12-06 | 1979-03-27 | Westinghouse Electric Corp. | Thermal power measurement apparatus |
US4440507A (en) * | 1980-05-28 | 1984-04-03 | Valmet Oy | Procedure for measuring thermal energy transported by fluid flow |
DE19739367A1 (en) * | 1997-04-26 | 1999-07-08 | Boehringer Volker | Process for optimizing the determination of the conveyed heat quantities in fluids with volume flow sensors for the calibration heat quantity meter |
DE102005043699A1 (en) * | 2005-09-14 | 2007-03-22 | Daimlerchrysler Ag | Ultrasonic test head positioning procedure uses camera fixed on industrial robot to image approximate weld position to create data to place test head in ideal position |
EP1975582B1 (en) * | 2007-03-29 | 2013-06-05 | Hydrometer GmbH | Heating or cooling counter device for determining the energy consumption in a temperature controlling loop |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2744486C1 (en) * | 2019-10-18 | 2021-03-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method for determining mass of a gas-liquid medium component |
RU2730364C1 (en) * | 2019-11-13 | 2020-08-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method of determining content of a gas-liquid medium component |
RU2760926C1 (en) * | 2020-08-11 | 2021-12-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method for diagnosing a component of a two-phase medium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9429484B2 (en) | Determining the heat flow emanating from a heat transporting fluid | |
US7581453B2 (en) | Ultrasonic flow meter system | |
US5835884A (en) | Method of determining a characteristic of a fluid | |
US7270015B1 (en) | Thermal pulsed ultrasonic flow sensor | |
US10281316B2 (en) | Flow measuring device, as well as use of such device and method for ascertaining flow velocity | |
US20080289412A1 (en) | Thermal mass flow meter and method for its operation | |
JP5559091B2 (en) | Calibration device for flow measuring device | |
CN102914333A (en) | Detection method of using ultrasonic waves for flow detection | |
RU2575565C2 (en) | Determination of heat flow released by heat-carrying fluid medium | |
JP5575359B2 (en) | Thermal flow meter | |
CN114878018A (en) | Method for calibrating an apparatus for ultrasonic measurement, method and apparatus for measuring the temperature of a medium | |
AU2019462931B2 (en) | True vapor pressure and flashing detection apparatus and related method | |
RU2152593C1 (en) | Flow-rate measurement method | |
EP3584555B1 (en) | Flux calorimeter | |
RU2631007C1 (en) | Heat meter based on overhead sensors | |
CN1268900C (en) | Heat measuring type mass flow detecting method based on secondary temperature differential principle | |
JP3398251B2 (en) | Flowmeter | |
RU2752412C1 (en) | Method for measuring the flow rate of gas-liquid flow | |
JP2007024521A (en) | Ultrasonic doppler velocity profiler | |
JP2022018266A (en) | Ultrasonic element evaluation testing device and method | |
JPS5932909Y2 (en) | calorimeter | |
BR102019025442A2 (en) | NON-INTRUSIVE THERMAL FLOW MEASUREMENT SYSTEM FOR SMALL DIAMETERS AND LOW AIR FLOWS | |
JPH0618925U (en) | Flow rate / flow meter | |
RU2006114439A (en) | SYSTEM AND METHOD FOR DIAGNOSTIC OF CORIOLIS FLOW METER | |
JPH04320926A (en) | Thermal flow meter |