SU560172A1 - Способ определени теплофизических свойств движущейс жидкости - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области определени  теплофизических свойств жидкостей, в частности коэффициентов температуропроводности и теплопроводности.

Известен способ измерени  теплопроводности жидкости, согласно которому исследуемую жидкость помещают в зазоре между двум  коаксиальными цилиндрами и нагревают ее тепловым потоком, равномерно распределенным по длине внутреннего цилиндра. Измер ют перепад температур в слое жидкости и плотность теплового потока. Коэффициент теплопроводности жидкости вычисл ют по известным формулам. Недостатком этого способа  вл етс  невозможность измерени  теплофизических свойств жидкостей в процессе их движени , а также то, что процесс измерени  занимает много времени.

Известен способ измерени  теплопроводности газов, сущность которого заключаетс  в следующем.

Ламинарный одномерный поток газа пропускают с определенной скоростью перпендикул рно линейному источнику тепла, выполненному в виде тонкой проволоки. Измер ют удельную мощность источника тепла и температуру газа в нескольких точках. Теплопроводность газа вычисл ют по формулам, приведенным в книге. Недостатком способа  вл етс  низка  точность, вызванна  трудност ми создани  одновременного ламинарного потока газа.

Ближайщим техническим решением  вл етс  способ определени  температуропроводности жидкости, по которому жидкость пропускают через трубу, стенки которой обогревают жидким теплоносителем, поддержива  при посто нной температуре, отличающейс  от

температуры исследуемой жидкости, измер ют расход жидкости через трубу и среднюю температуру жидкости в конце трубы. Коэффициент температуропроводности Q определ ют по градуировочному графику, использование которого обусловлено сложностью математической зависимости искомого коэффициента от экспериментальных данных. Этот способ обладает недостаточной точностью из-за необходимости использовани 

длинных измерительных трубок, в которых заметное вли ние на результаты измерений оказывает зависимость в зкости исследуемой жидкости от температуры и св занное с этим изменение профил  скорости течени  по длине измерительных трубок. Кроме того, необходимость использовани  сложной математической зависимости дл  определени  теплофизических свойств также точность конечного результата в случае автоматической

обработки результатов измерени .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений теплофизических свойств движущихс  жидкостей.

Эта цель достигаетс  за счет того, что стенки измерительной трубки ноддерживают нри температуре

,ei)

где /с - температура стенки измерительной трубки; tn - начальна  температура, котора  в некоторых случа х совпадает с температурой /о исследуемой жидкости на входе в измерительную трубку; /С-коэффициент; п - показатель степени.

Сущность способа заключаетс  в том, что исследуемую жидкость пропускают через измерительную трубку, стенки которой обогревают , например, с помощью электрических секционных нагревателей, и поддерживают их при температуре

fc (s + KX.

Измер ют расход исследуемой жидкости и плотность теплового потока на стенке измерительной трубки. На выходе из измерительной трубки измер ют температуру стенки и среднемассовую температуру исследуемой жидкости или температуру жидкости на оси трубки. Коэффициенты температуропроводности и тенлонроводности вычисл ют по следующим формулам:

В случае режима нагрева

е : н + f

Q-0,09375 или (2)

д

At

илиХз..21-М

3 q,d

, (3) 48 Дг 8 Дг

где Q - коэффициент температуропроводности;

А, - коэффициент теплопроводности;

- 4g

w

ltd

- средн   скорость течени ;

g - расход исследуемой жидкости;

d - диаметр измерительной трубки;

qo - плотность теплового потока на стенке измерительной трубки;

Аг - разность между температурой жидкости на оси измерительной трубки и температурой стенки;

А - разность между среднемассовой температурой жидкости и температурой стенки измерительной трубки;

К - коэффициент, вход щий в формулу (1) дл  случа  . В случае режима нагрева

4 ,

коэффициент температуропроводности Q вычисл ют по формуле

р g(i-to)

где t-среднемассова  температура исследуемой жидкости на выходе из измерительной трубки;

0 - температура исследуемой жидкости на |;ходе в измерительную трубку;

/ - длина измерительного участка трубки. На фиг. 1 приведена схема установки, реализующей предлагаемый способ.

Установка включает в себ  емкость 1, насос 2, термостат 3, расходомер 4 и измерительное устройство 5, представл ющее собой трубку , на которой установлены вод на  рубащка 6, секции электрических нагревателей 7, измеритель среднемассовой температуры 8 и

термопары 9.

Исследуемую жидкость (воду) из емкости 1 прокачивали насосом 2 через термостат 3, где она нагревалась до температуры и далее пропускали через измерительное устройство 5. Изотермический участок измерительной трубки с установленной на нем вод ной рубашке 6 служил дл  получени  уставившегос  режима течени  с параболическими профилем скорости.

Стенки измерительного участка трубки нагревали за счет электрических нагревателей 7, навитых из пихромовой проволоки с посто нным шагом. Температуру стенки трубы в нескольких точках по длине, среднемассовую

температуру исследуемой жидкости и разность между среднемассовой температурой исследуемой жидкости и температурой стенки на выходе из измерительной трубки измер ли с помощью термопар 9, установленных

на стенках измерительной трубки и в измерителе среднемассовой температуры 8. Расход исследуемой жидкости измер ли расходомером . В случае реализации режима нагрева

tc tH+KX получили распределение температуры стенки по длине измерительной трубки, график которого показан на фиг. 2. В этом случае начальна  температура tu отличаетс  от температуры о исследуемой жидкости на

входе в измерительную трубку.

На фиг. 3 приведен график распределени  температуры стенки по длине трубки в случае режима нагрева

f t,,

построенный в координатах tc- |/Ж В данном случае На фиг. 2, 3 точкой А обозначено значение среднемассовой температуры исследуемой жидкости на выходе из измерительной трубки.

Значени  коэффициентов температуропроводности и теплопроводности рассчитывали по формулам (2) - (4), приведенным выше. При этом плотность теплового потока вычисл ли по формуле:

„ (-.)cp.g с-Ш

где / - среднемассова  температура жидкости на выходе из измерительной трубки;

to - температура жидкости на входе в измерительную трубку;

с - удельна  теплоемкость;

р - плотность;

g - расход исследуемой жидкости;

I - длина теплообменного участка измерительной трубки;

d - внутренний диаметр измерительной трубки.

В случае режима нагрева tc tn+KX использовали измерительную трубку с размерами мм, мм. В случае нагрева

t,f,+KYx

использовали измерительную трубку с размерами ,378 мм, мм. Значение коэффициента К определ ли по экспериментальным данным как тангенс угла наклона зависимости температуры стенки tc от длины трубы X (в случае режима нагрева tc ts+KX) или как тангенс угла наклона зависимости температуры tc стенки трубки от уХ (в случае режима нагрева

4 0 + /.

в результате измерений получили значени  коэффициента температуропроводности воды Qsl,4-10- MVc и значение коэффициента теплопроводности воды X 0,58 вт/м-град.

Отметим, что предлагаемый способ в случае режима нагрева tc U+K- у позвол ет проводить измерени  теплофизнческих свойств жидкости с использованием относительно короткой трубы. Это позвол ет более надежно обеспечить ламинарный режим течени  жидкости и за счет этого повысить точность измерений.

Использование простых математических зависимостей дл  определени  теплофизических свойств также повышает точность конечного результата, особенно в случае автоматической обработки экспериментальных данных.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ определени  теплофизических свойств движущейс  жидкости путем пропуекани  ее через измерительную трубку и одновременного измерени  расхода и температуры , отличающийс  тем, что, е целью повышени  точности измерений, стенки измерительной трубки поддерживают при температуре

   4 4 +

   где tc - температура стенки измерительной трубки;

   н - начальна  температура на входе в измерительную трубку; /С - температурный коэффициент; п - ноказатель степени, завис щей от условий нагрева; а в конце измерительной трубки измер ют разность температур между стенкой и жидкостью на оси трубки и определ ют искомый параметр.

   rf

   & М

   LV

   t.