SU1163236A1 - Способ контролируемого подвода тепла - Google Patents

Abstract

СПОСОБ КОНТРОЛИРУЕМОГО ПОДВОДА ТЕПЛАпри помощи термобатареи, гор чий спай которой привод т в кон такт с объектом, включающий контроль подводимого к объекту теплового потока , отличающийс  тем, что, с целью повьшени  точности контрол , холодные спаи термобатареи привод т в контакт с источником тепла, содержащим нагреватель, регулирование величины теплового потока осуществл ют путем изменени  величины токов термобатареи к нагревател , соблюда  условие равенства температуры поверхности источника тепла, контактирующего с окру- . жающего средой, с температурой.этой среды, а величину теплового потока определ ют как сумму потребл емых , термобатареей и нагревателем мощностей .

Description

Изобретение относитс  к теплотехнике , в частности, к способам подвод тепла к объекту, и может быть использовано в устройствах и стендах дл  исследовани  процессов тепломассообмена , гидрогазодинамики и теплофизических параметров различных объектов в различных средах, в науч ном приборостроении и дл  измерени  теплового потока. Дл  количественного и качественно го исследовани  процессов тепломассо обмена и гидрогазодинамики необходимо иметь направленньй тепловой поток величину которого необходимо измерить с высокой точностью. Известен способ дл  подвода теплового потока, где величина теплового потока определ етс  путем учет тепловых потерь в окружающую среДУ СО. Этот способ подвода тепл-а к объек ту обладает малой точностью измерений и вносит дополнительные возмущени  в процесс за счет неосновных потоков . Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ подвода теплового по тока к объекту, приведенному в контакт с гор чими спа ми термобатареи , а холодные спаи которой привод Т в контакт со средой,от которой отбирают часть тепла за счет ее охла дени , а величину подводимого теплового потока определ ют как сумму мощности потребл емой термобатареей, и теплового потока отбираемого от охлаждаемой среды 2 J, Известный способ обладает малой точностью контрол  подводимого к объекту теплового потока, обусловленной тем, что параметры термобатареи , завис щие от средней рабочей температуры, имеют большой разброс, мен ютс  со временем из-за происход щих в термобатарее процессов диффузии , возникновени  тепловых механических напр жений и других причин в частности из-за изменени  температур объекта и среды, контактирующей с холодными спа ми тep foбaтapeи, Целью изобретени   вл етс  повышение точности контрол  теплового потока, подводимого к объекту, . Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу контролируемого , подвода тепла при помощи термобатареи , гор чий спай которой привод т В контакт с объектом, включающему контроль подводимого к объекту теплового потока, холодные спаи термобатареи привод т в контакт с источником тепла, содержащим нагреватель, регулирование величины теплового потока осуществл ют путем изменени  величины токов термобатареи и нагревател , соблюда  условие равенства температуры поверхности источника тепла, контактирующего с окружающей средой, с температурой этой среды, а величину теплового потока определ ют как- сумму потребл емых термобатареей и нагревателем мощностей. На чертеже изображено устройство дл  реализации способа. Исследуемый объект - поверхность 1 теплоотдачи, наход щийс  в контакте с гор чими спа ми термобатареи 2, состо щими из полупроводниковых ветвей р и п типов. Холодные спаи термобатареи 2 наход тс  в контакте с источником тепла 3, выполненным в виде омического нагревательного элемента, вложенного в пазы первой медной пластины 4, С другой стороны источник тепла 3 находитс  в тепловом контакте с второй пластиной 5, изготовленной из материала с хорошей теплопроводностью (например, меди ), По периметру и в промежутках между ветв ми термобатареи помещают теплоизол цию 6 (стекловата ) с целью уменьшени  тепловых потерь гор чих спаев термобатарей в окружающую среду (жидкость ), Герметизацию термобатареи осуществл ют тонкой фольгой 7, изготовленной из материала с малой теплопроводностью (например ковара ), Фольга припа на сверху с второй пластиной 5, Омический нагревательный элемент и термобатаре  подсоединены к регулируемым источникам тока (не показаны). Исследуемый объект -поверхность 1 теплоотдачи привод т в контакт с гор чими спа ми термобатареи 2, холодные спаи которой контактируют с источником тепла 3, содержащем нагреватель . Термобатарею 2 и нагреватель подключают к соответствующим регулируемым источникам тепла 3, Включают источник питани  термобатареи . Спаи, наход щиес  в контакте с исследуемым объектом, нагреваютс , а другие спаи вместе с источником тепла - нагревателем охлаждаютс  за

счет эффекта Пельтье. После этого включают источник питани  нагревател . Величину тока нагревател  и термобатареи регулируют так, чтобы температура нагревател  была равна температуре окружающей среды, например воды или любой другой исследуемой жидкости, или , газообразной среды . При этом всё.тепло, выдел кщеес  в источнике тепла, поглощаетс  холодными спа ми термобатареи за счет эффекта Пельтье. Потребл емые термобатареей (Wg) и омическим нагревателем (W) мощности тепловые потоки выдел ютс  на гор чих спа х термобатареи, следовательно, подвод тс  к исследуемому объекту поверхности теплоотдачи. Тепловой поток Q. подводимый к исследуемому объекту будет равен Q Wg + W.

При вариации средней рабочей тем пературы термобатареи и ее временных нагрузочных характеристик обычно измен ютс  и величины мощностей Wg и W, которые привод т к снижению точности контрол  подводимого теплового потока к объекту, В предлагаемом способе, эти изменени  автоматически учитываютс  изменением соответствующей мощности на.необходимую величину, в противном случае нарушаетс  условие равенства температуры поверхности источника тепла, контактирующей с окружающей средой, с температурой этой среды.

Предлагаемый способ позвол ет исключить вли ние термодинамических параметров термобатареи на величину теплового потока, так как тепловой поток, подводимьй к исследуемому объекту, состоит из суммы тепловых потоков термобатареи и источника тепла. Изменение теплофизических параметров термобатареи в зависимости от температуры в конечт ном итоге приводит к изменению величины потребл ющей мощности термобатареи . Это позвол ет повысить точность определени  теплового потока. При равенстве температуры холодных спаев термобатареи, следовательно, нагревател  температуры окружающей среды, исключаютс  дополнительные потоки, обусловленные перепадами температур.

Таким образом, предлагаемый способ подвода тепла позвол ет исследо вать как теплопроводность стационар

ными методами, так и процессы тепломассообмена и гидрогазодинамики, в которых требуютс  наличие высоких точностей способа нормированного подвода теплового потока,

В предлагаемом способе поток тепла строго направлен от холодных термобатареи к гор чим,Это позвол ет повысить точность определени  величинь теплового потока if расшир ет области использовани  способа теплоподвода. Термобатаре  должна быть герметизирована во избежание погрешностей в задании теппового потока , так как-при этом возникнут потоки жидкости между термоэлементами .

Пример, Проведенные испытани  предлагаемого способа подвода тепла к исследуемому объекту на устройстве , состо щем из термобатареи, составленной из 12 термопар и нагревател  показывают, что погрешность в определении величины теплового потока составл ет не более 0,5% против 10-15% в известных способах и устройствах . При этом в качестве образца использована втора  термобатаре , с помощью которой определ етс  величин теплового потока. Предлагаемый спосо подвода тепла использован как дл  определени  теплопроводности.твердых и жидких веществ, так и дл  исследовани  процессов тепломассообмена плокой поверхности - меди к воде, и дл  измерени  теплового потока.

Температура гор чих спаев термобатареи отличаетс  от температуры окружающей среды при исследовании процессов тепломассообмена и гидрогазодамики на несколько градусов (35 К), Счита  линейным распределение температуры по высоте термобатареи, теплопотери в окружающую среду определ ютс  из соотношени 

)/2 , (,,

где Т , Т, средние температу.ры соответственно гор чих спаев термобатареи , нагревател  и окружающей среды,

Теплопроводность / стекловаты составл ет 0,035-0 058 Вт/мК, Сечение S теплоизол ции по средней линии составл ет величину пор дка 0,03 дл  поверхности теплоотдачи с площадью в 0,06 м , Толщина изол ции d

5 11632366

пор дка 510 м. Тогда из соотноше-6-10 Вт ) тепловые потери через бони  (1 ) получимковую поверхность составл ют 0,03%

0.06-0,03 (TZ + f,i I /j; NI

ч 5.10-3 V 2 (если перепад температур l-J-i--T 1/2

.o36(is-±l:i-T )/25 V/

Ч 2 3/ равен 10 К что свидетельствует о

При подводимом тепловом потокевысокой точности контрол  теплового

10 Вт/м(дл  нашего случа  мощностиротока в предлагаемом способе.

Claims (1)

1. СПОСОБ КОНТРОЛИРУЕМОГО ПОДВОДА ТЕПЛА'при помощи термобатареи, горячий спай которой приводят в кон- контакт с источником тепла, содержащим нагреватель, регулирование величины теплового потока осуществляют путем изменения величины токов термобатареи и нагревателя, соблюдая условие равенства температуры поверхности источника тепла, контактирующего с окру- . жающего средой, с температурой-этой среды, а величину теплового потока определяют как сумму потребляемых с термобатареей и нагревателем мощноетей.

   SU „ 1163236