SU851227A1

SU851227A1 - Device for measuring local convective heat transfer coefficients

Info

Publication number: SU851227A1
Application number: SU792788110A
Authority: SU
Inventors: Леонид Васильевич Декуша; Владимир Гаврилович Федоров; Олег Гаврилович Геращенко; Татьяна Георгиевна Грищенко
Original assignee: Институт технической теплофизики АН УССР
Priority date: 1979-08-02
Filing date: 1979-08-02
Publication date: 1981-07-30

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ КОЭФФИОДЕНТОБ : Изобретение относитс к теплофизическим измерени м и может быть использовано дл определени локальных коэффициентов теплоотдачи между теплообменной поверхностью и с 1ывающей ее средой. Известно устройство дл определени локгшьных коэффициентов теплоотдачи , содержащее тепломер дл изме рени плотности теплового потока и. дифференциальную термопару дл измерени разности температур между поверхностью тепломера и омывающей средой, причем тепломер устанавливают заподлицо с поверхностью теплообмена . Устройство позвол ет определ ть коэффицие11ты теплоотдачи при. любом направлении теплового потока (как от объекта к среде, так и наоборот) при исследовании теплообмена тел различной формы, l . Однако в известном устройстве с простым и удобным способом измерени плотности теплового потока чувс вительным тепломером сохран етс из мерение температуры специальным тер зондом, который устанавливают в омы вающем теплообменную поверхность по ке среды, что приводит к искажени м гидродинамических условий в зоне (54) DEVICE FOR DETERMINING LOCAL COEFITODENT: The invention relates to thermophysical measurements and can be used to determine local heat transfer coefficients between the heat exchange surface and the surrounding medium. A device for determining the heat transfer coefficient is known, which contains a heat meter for measuring the heat flux density and. a differential thermocouple for measuring the temperature difference between the heat meter surface and the washing medium, the heat meter being mounted flush with the heat exchange surface. The device allows to determine the heat transfer coefficient at. any direction of heat flow (from object to medium, and vice versa) in the study of heat transfer of bodies of various shapes, l. However, in the known device with a simple and convenient method of measuring the heat flux density by a sensible heat meter, temperature measurement is carried out by a special thermion probe, which is installed in the medium washing the heat exchange surface, which leads to distortions of hydrodynamic conditions in the zone

ТЕПЛООТДАЧИ установки устройства и снижению точности определени коэффициента теплоотдачи . К увеличению погрешностей определени коэффициентов теплоотдачи приводит также необходимость в измерении еигнгшов разных пор дков от тепломера и термозонда, что особенно сказываетс при исследовании интенсивного теплообмена при малых разност х температур между поверхностью и средой. Кроме того, дл устройств, предусматривающих измерение плотности теплового потока и перепада температур,характерен общий недостаток, заключающийс в трудности определени места замера температуры среды дл корректного расчета локального коэффициента теплоотдачи. Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройствр дл определени локальных коэффициентов теплоотдачи, содержащее измерительную чейку с установленными на температуровыравнивающей пластине тепломерами и регистрирующий прибор 2 и З . Однако такое устройство имеет ограниченное применение. Це.чь изобретени - повышение точности определени локальных коэффициентов теплоотдачи при одновременном упрощении техники подготовки и проведени измерений. „- Поставленна цель достигаетс тем что в устройстве дл определени локальных коэффициентов теплоотдачи,со держащем измерительную чейку с установленными на температуровыравнивающей пластине тепломерами и регистрирующий прибор, измерительна чейка выполнена многослойной, состо щей из поочередно чередуклдихс теплсмеров и температуровыравнивающих пластин , причем около одного из тепломеров смонтирован тепловой шунт.HEAT RECOVERY installation of the device and reduce the accuracy of determining the heat transfer coefficient. The increase in errors in the determination of heat transfer coefficients is also caused by the need to measure different orders of heat meter and thermal probe, which is especially evident in the study of intensive heat exchange at small temperature differences between the surface and the medium. In addition, devices that measure the heat flux density and temperature drop are characterized by a common drawback, which is the difficulty in determining the location of the medium temperature measurement for correct calculation of the local heat transfer coefficient. The closest to the present invention is a device for determining local heat transfer coefficients, which contains a measuring cell with heat meters installed on a temperature-equalizing plate and a recording device 2 and 3. However, such a device has limited use. The purpose of the invention is to improve the accuracy of determining local heat transfer coefficients while at the same time simplifying the preparation and measurement techniques. - The goal is achieved by the fact that in the device for determining local heat transfer coefficients, containing a measuring cell with heat meters installed on the temperature-equalizing plate and a recording device, the measuring cell is made of a multilayer one, alternately alternating with heat meters and temperature-equalizing plates, and there are only one. thermal shunt

Тепловой шунт и температуровыравнивающа пластина между теплометриче кими элементами могут быть выполнены в виде одной детали.The thermal shunt and the temperature-equalizing plate between the heat-measuring elements can be made in one piece.

На чертеже изображено предлагаемо устройство.The drawing shows the proposed device.

Устройство содержит теплометрические элементы 1 и 2, соединенные последовательно по тепловому потоку, и тепловой шунт 3, включенный параллельно по тепловому потоку с тепломе рическим элементом 2. Теплометркческий элемент 2 и тепловой шунт 3 смонтированы на температуровыравнивающей пластине 4, выполненной из высокотеплопроводного материала. Оба теплометрических элемента 1 и 2, тепловой шунт 3, температуровыравнивакицие пластины 4 и 5 смонтированы в теплоизол ционном корпусе 6, который служит дл уменьшени теплопритоков через боковые поверхности теплометрических элементов и теплового шунта. Теплометрический элемент 1 контактирует через температуровыравнвающую пластину 5 с поверхностью исследуемого объекта 7. Т&ким образом , измерительна чейка выполнена многослойной из поочередно чередоющихс тепломеров и температуровыравнивающих пластин.The device contains heat-measuring elements 1 and 2 connected in series in heat flux, and heat shunt 3 connected in parallel in heat flux with heat-measuring element 2. Heat-measuring element 2 and heat shunt 3 are mounted on a temperature-equalizing plate 4 made of highly heat-conducting material. Both heat meter elements 1 and 2, heat shunt 3, temperature equalization plates 4 and 5 are mounted in a heat insulating housing 6, which serves to reduce heat leakage through the side surfaces of the heat meter elements and the heat shunt. Thermometric element 1 contacts through a temperature-equalizing plate 5 with the surface of the object under study 7. In this way, the measuring cell is made of a multilayer of alternately alternating heat meters and temperature-equalizing plates.

Дл определени локального коэффициента теплоотдачи между поверхностью раздела и движущейс средой предлагаемое устройство устанавливают на исследуемый объект заподлицо с поверхностью. Если устройство по каким-либо причинам приходитс устанавливать непосредственно на поверхности раздела, то образовавшийс уступ необходимо сгладить, например , эпоксидной смолой и подход щим In order to determine the local heat transfer coefficient between the interface and the moving medium, the proposed device is mounted on the object to be studied flush with the surface. If the device, for whatever reason, has to be installed directly on the interface, the resulting step must be smoothed, for example, with epoxy resin and a suitable

по теплофизическим характеристикам заполнителем дл предотвращени изменени гидродинамического пограничjioro сло .according to the thermophysical characteristics of the aggregate to prevent changes in the hydrodynamic boundary of the jioro layer.

При расположении теплсметрического элемента 2 и теплового шунта 3 на общей изотермической поверхности температуровЕфавнивагацей пластины 4 плотности теплового потока, пронизывающе го шунт),ш и теплометрический элWhen the heat-measuring element 2 and the heat shunt 3 are located on a common isothermal surface, the heat flux density of the heat flux penetrating the shunt), w and heat-meter el

мент cj,p , могут быть определены по уравнени мment cj, p, can be determined by the equations

, ( C iu-t-l/ot) , (C iu-t-l / ot)

WW

-1 CV,,u-t(,RT-t-1/oi)-1 CV ,, u-t (, RT-t-1 / oi)

где л-fc - разность между температурой омывающей среды tш и температурой поверхности температуровыравнивающей пластины to, контактирующей с теплометрическим элементом и тепловьйл шунтом J Rjy - термическое сопротивлениеwhere l-fc is the difference between the temperature of the washing medium tш and the temperature of the surface of the temperature-equalizing plate to which is in contact with the heat-measuring element and the heatwheel bypass J Rjy is the thermal resistance

.теплового шунта; R-J- - термическое сопротивлениеthermal shunt; R-J- - thermal resistance

теплометрического элемента; dL - локальный коэффициент теплоотдачи .thermal element; dL is the local heat transfer coefficient.

Плотность теплового потока, пронизывающего тепловой шунт, может быть определена по уравнениюThe density of the heat flow penetrating the thermal shunt can be determined by the equation

ЯД Яшш-%Ср-ри.), аYAD Yashsh-% Sr-RI.), And

где F - суммарнс1 площадь теплометрического элемента 2 и теплового шунта 3,where F is the total area of the heat-measuring element 2 and the thermal shunt 3,

Рщ - плс цадь теплового шунта 3/ л - плотность теплового потока,Rsch - pls tsad heat shunt 3 / l - heat flux density,

проход щего через теплометрический элемент 1,passing through the thermal element 1,

Совместное решение приведенных выше уравнений относительно коэффициента теплоотдачи ci. позвол ет получить расчетную формулуThe joint solution of the above equations with respect to the heat transfer coefficient ci. allows to obtain the calculation formula

.ГСДт-Кш)Рш р Т- , . U(VJCViH)F ш1 .ГСДт-Кш) Рш р Т-,. U (VJCViH) F W1

В предлагаемом устройстве возможен вариант изготовлени теплового шунта 3 и температуровыравнивающей пластины 4 в виде одной детали из высокотеплопроводного материала (меди, серебра , алкмкнк . В этом случае термическое сопротивление теплового шунта RUJ значительно меньше термического сопротивлени теплометрического элемента. ftj-, что позвол ет в приведенной расчетной формуле пренебречь его величиной и записать уравнение (3) в видеIn the proposed device, it is possible to manufacture a thermal shunt 3 and a temperature-equalizing plate 4 in the form of a single piece of highly thermally conductive material (copper, silver, alkmknk. In this case, the thermal resistance of the thermal shunt RUJ is much less than the thermal resistance of the thermal element. Ftj-, which allows in the above formula to neglect its value and write equation (3) in the form

Ccv./cVi-l) WCcv./cVi-l) W

оСВ качестве теплометрических элементов использованы термоэлектрические батарейные тепломеры. .При пронизывании теплометрического элемента тепловым потоком генерируетс термо-ЭДС, пропорциональна , его плотности. Плотность измер емого теплового потока вычисл етс по формулеThe thermoelectric battery heat meters are used as heat meter elements. .When a thermal element penetrates by heat flux, thermo-emf is generated, proportional to its density. The density of the measured heat flux is calculated by the formula

Claims

q-Kpfi, (5) where Кр is the working coefficient of the metric element test, С is the signal of the thermal element. Proceeding from formula (5), the ratio of the densities of the tag flow can be written as IV e - ilea where K is the coefficient of the claimed device, equal to the ratio of operating coefficients K2 and thermal elements 1 and 2. 6 and & signals of thermal meters 1 and 2. Replacing in the equations (3) and (4) the ratio of the heat flux densities to the ratio / thermoelectric signals of the corresponding heat-measuring elements, an expression is obtained to calculate the heat transfer coefficient. riSrlaubL-o T 4 (.Kei | ei-i4F w and if RVU t f - (When designing devices for determining local heat transfer coefficients, select the geometric dimensions of the shunt and heat elements, as well as the thermal resistance of the heat sensor R for a device with thermal shunt and the temperature equalization of the plates with one plate made of highly heat-conducting material is carried out according to the corresponding nomogram. Thus, the proposed device allows to increase the accuracy of determining the local coefficient heat transfer up to 10% with simultaneous simplification of the measurement technique, which reduces the time required for experiments by 1.5 times. The accuracy of determining the heat transfer coefficient is increased by measuring in the unperturbed flow of the medium that heat the heat exchange surface due to the absence of thermal probes in washing, as well as due to the fact that when calculating the value of the local heat transfer coefficient by the calculation formulas (7) and (), the numerator and denominator of the ratio 8-2 are substituted for the values of one as measured by a secondary device. Simplification of the technique of preparation and measurement is achieved by eliminating thermal probes from the measuring circuit for measuring the temperature of the O1 medium, which leads to a reduction in the cost of working time for the preparation of the experiment. In addition, the proposed device allows reducing the costs of the secondary apparatus with a simultaneous reduction of labor costs for the measurement and processing of experimental data. Apparatus of the invention: A device for determining local heat transfer coefficients, comprising a measuring cell with heat meters installed on a temperature plate and a device registering a means, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, the measuring cell is made of a multi-layer, consisting of alternating heat meters, and temperature limits of the thermometers. one of the heat meters is mounted a tepovoy shunt. Sources of information taken into account in the examination 1. The author's certificate of the USSR 147009, cl. G 01 K 17/00, 1960.

2. Fedorov V.G. Heat meters in the food industry. M., Pischeva prs lyyotennost, 1974, p. 143.

3. USSR author's certificate for application number 2795070/25/100200, cl. G 01 M 25/18, 07.07.79 (prototype) ..