SU935480A1 - Устройство дл определени теплопроводности жидкостей или газов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к теплофизическим измерени м и может быть исполь зовано дл  определени  коэффициента теплопроводности жидкости или газа в широком диапазоне давлений и температур . Известно устройство дл  определени  теплопроводности, содержащее два идентичных измерительных блока, каждый из которых оснащен термостатирующей камерой, выполненной в виде плос кого проточного теплообменника, на поверхности которой установлен тепломер с датчиками температуры поверхнос ти образца, систему термостатировани  и измерительную схему. Система термостатировани  устройства состоит из двух термостатов, каждый из которых подключен к своей термостатирующей камере, причем температуры .термостатировани  камер не равны между собой. Исследуемое вещество помещают в пластиковый пакет и сжимают между двум  измерительными ами так, чтобы стенки пакета по поверхности контактировали с омерами 1 . оэффициент теплопроводности исуемых веществ определ ют по фор: -Кп Д%-«п зазор между тепломерами; толщина стенок пакета; термическое сопротивление пакета, которое определ ют экспериментально до проведени  опытов с исследуемым веществом; разность температур, измер ема  датчиками температуры , смонтированными на поверхности тепломеров; q - плотность теплового потока, измер ема  тепломерами. едостатками этого устройства  вл низка  точность, св занна  с

еобходимостью измер ть малые перепаы температур, а также нестабильноеью и неопределенностью термического опротивлени  контакта пластикового акета с поверхност ми тепломеров, на которых сментированы датчики емпературы, и необходимость проведени  дополнительных опытов по определению термического сопротивлени  стенок пакета R. Кроме того, значиельное различие в электрических сопотивлени х и сигналах тепломеров термопар приводит к необходимости примен ть разные вторичные приборы дл  измерени  генерируемых ими ТЭДС. Известно также устройство дл  измерени  теплофизических характерис-. тик газовых и жидкостных прослоек, содержащее нагреватель и холодильник , между которыми расположены две теплопровод щие цепи, теплоизолированные друг от друга. Кажда  теплопровод ща  цепь содержит эталонную пластинку, контактирующую с исследуемым веществом через перегородку с вмонтированной термопарой, причем в одной из теплопровод щих цепей прослойка исследуемого вещества контактирует с нагревателем, а в другой - с холодильником, при этом температурный перепад между нагревателем и холодильником задаетс  и стабилизируетс  на одном уровне дл  всех измерений 2.

Исход  из того, что плотности теплового потока, проход щего через параллельные теплопровод щие цепи одинаковы, а температуры поверхностей холодильника и нагревател  стабилизированы и известны, величину коэффициента теплопроводности исследуемого вещества определ ют по разности температур, измеренной термопарами, установленными в перегородках на поверхности эталонных пластин, используем уравнение вида

С оЬ9-Д-,9) {, . ,

- СХоИэ-ьЛэ о) где ХрИ Д, - коэффициент теплопроводности исследуемого вещества и эталонной пластины ,

h и h - толщина сло  исследуемого вещества и эталонной пластины,

At

разность температур, измеренна  термопарами;

t и температуры нагревател  и холодильника.

Жесткие требовани  к точности задани , стабилизации во времени и контролю разности температур между холодильником и нагревателем, необходимость в измерении,малых разностей температур, привод т к снижению точности определени  коэффициента теплопроводности исследуемого вещества.

Известны устройства, работающие

по принципу теплометрического моста, в которых устранена необходимость в измерении малых перепадов температур на тонком слое жидкости или газа , например в устройстве Дл  измерени  коэффициента теплопроводности жидкостей или газов, теплопроводность рассчитывают по показани м двух тепломеров , образующих с  чейкой дл 

исследуемого вещества теплометрическую мостовую схему. Это устройство содержит нагреватель и холодильник (охлаждаемую естественной конвекцией высокотеплопроводную пластину), межДУ которыми установлены тепломеры с заданными термическими сопротивлени ми , выполненными в виде пластин, . и расположена  чейка дл  исследуемого вещества, образованна  поверхностью одного из тепломеров и профилирован- ной пластиной из высокотеплог сводного материала, причем один из тепломеров установлен в контакте с нагревателем и холодильником, а другой с нагревателем и исследуемой средой 3.

При определении коэффициента терло-, проводности устройство погружают непосредственно в исследуемую среду, а искомую величину рассчитывают по

формуле:

Х

oi±JiL R,

где R и R термические сопротивлени  тепломеров; f и 6г. - ТЭДС тепломеров; К и К ,j - рабочие коэффициенты

тепломеров;

h - толщина сло  исследуемой среды.

Claims (2)

1. Недостатками этого устройства  вл ютс  длительность выхода его на режим из-за отсутстви  интенсивного теплоотвода со стороны холодильника, низка  точность обусловлена неоднородностью температурного пол  в изме рительной  чейке, способствующей воз никновению конвекции, и трудности, св занные с уходом за поверхност ми измерительной  чейки. Наиболее близким к .изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  устройство дл  измерени  теплопроводности жидкости или газа, содержащее два коаксиально расположенных цилиндра, причем внутренний цилиндр снабжен нагре вателем,смонтрованным по его оси, и отделен от наружного зазором дл  исследуемого вещества, датчики температуры , систему термостатировани  и измерительно-регистрирующую схему А. Недостатком(устройства  вл етс  невысока  надежность, обусловленна  необходимостью измерени  малых разностей температур. Цель изобретени  - повышение точности измерени  теплопроводности жидкости или газа. Цель достигаетс  тем, что в устро стве дл  определени  теплопроводност жидкости или газа, содержащем два ко аксиально расположенных цилиндра, причем внутренний цилиндр снабжен 1нагревателем, смонтированным по его оси, и отделен от наружного зазором дл  исследуемого вещества, датчики температуры, систему термостатировани  и измерительно-регистрирующую схему, внутренний цилиндр выполнен с уступом, на котором помещена цилин рическа  .втулка из материала с малым коэффициентом теплопроводности, наружный диаметр которой равен наиболь шему диаметру внутреннего цилиндра, окруженного теплометрической оболочкой , состо щей из цилиндрических теп ломеров с одинаковыми геометрическими параметрами, причем один из тепло меров прикреплен к наружной поверхности внутреннего цилиндра, а второй к наружной поверхности цилиндрической втулки, а в зазор между коаксиальными цилиндрами введена съемна  с отверсти ми, контактирующа  с центрирующими сменными кольцами, установленными навнешней поверхности теплометрической оболочки. На чертеже схематически изображено устройство дл  определени  теплопроводности жидкостей или газов. Устройство содержит коаксиально расположенные цилиндры 1 и 2, выполненные из высокотеплопроводног.о материала , причем на оси внутреннего цилиндра 1 установлен нагреватель 3, а сам цилиндр 1 выполнен профилированным и снабжен цилиндрической втулкой k, выполненной из низкотеплопроводного материала, а наружный диаметр втулки Ц равен наибольшему диаметру цилиндра 1. Цилиндр 1 окружен по боковой поверхности теплометрической оболочкой, состо щей из цилиндрических тепломеров 5 и 6 с одинаковыми геометрическими размерами. Тепломер 5 закреплен на поверхности цилиндра 1 и контактирует непосредственно с металлом, а тепломер 6 установлен на наружной поверхности втулки k. В зазор между коаксиальными цилиндрами 1 и 2 введена съемна  труба 7 из высокотеплопроводного материала (серебра, меди), контактирующа  с центрирующими сменными кольцами 8, установленными на внешней поверхности теплометрической оболочки и раздел ющей зазор между теплометрической оболочкой и трубой 7 на две  чейки дл  исследуемого вещества . Компенсаци  температурного расширени  исследуемого вещества, расположенного между тепломерами 5 и 6 и трубой 7, ограниченных сменными кольцами 8, обеспечиваетс  радиальными отверсти ми в трубе 7 расположенными по кра м  чеек.. Использование набо-ра съемных труб 7 различного внутреннего диаметра и сменных колец 8 с разным наружным диаметром позвол ет легко регулировать толщину зазора в  чейках и обеспечить корректность измерений при исследовании жидкостей и газов с любой в зкостью и температурным коэффициентом объемного расширени . На поверхности тепломеров 6 смонтирог ван датчик температуры 9, используемый при определении температуры отнесени  измеренного коэффициента теплопроводности . Нижние концы цилиндра 1 и трубы 7 зафиксированы фторопластовой втулкой 10. Верхний конец цилиндра 1 герметично закреплен в крышке 11, в которую вмонтированы штуцера 12, служащие дл  подключени  манометра , компрессора или вакуумнлсоса, баллона с газом, ввода пробы. Крышка 11 соединена через уплотнение с наружным цилиндром 2, на наружной noBepxHocTi которого в специальных пазах смонтирован нагреватель 13, служащий дл  установки и регулирова ни  уровн  температуры исследуемого вещества. Цилиндр 2 по наружной поверхности контактирует через цилинд рическую втулку с термостатируемой камерой 15, окруженной изол цией 16. Устройство работает следующим образом. Дл  определени  теплопроводности жидкости в полость цилиндра 2 вставл ют втулку 10 и трубу 7 и заполн ют полость исследуемым веществом. На наружной поверхности цилиндра с тепломерами 5 и 6 устанавливают центрирующие кольца 8 и плавно опускают его в трубу 7, после чего нагружают крышку 11 с усилием Р. Закончив сбор ку устройства, подключают тепломеры и 6 и датчик температуры к измерительАой схеме, а через термостатируе мую камеру прокачивают теплоноситель (воду, газ, жидкий азот) с заданной температурой. Нагревателем 3 устанав ливают уровень теплового потока, а нагревателем 13 уровень температуры , при котррой проводитс  эксперимент . После, выхода устройства на ста ционарный тепловой режим измер ют сигналы тепломеров 5 и 6 и датчика температуры 9. Дл  измерени  уровн  температуры увеличивают или уменьшают мощность, подводимую к нагревателю 13. Дл  определени  теплопроводности газа устройство предварительно полностью собирают и герме тизируют, после чего к штуцерам 12 подключают манометр (вакууметр) , закуумнасос и баллон с исследуемым газом. При перекрытом вентиле на баллоне с . газом откачива ют из устройства iBaKyyMHacocoM наход щийс  в нем газ, после чего, отключив вакуумнасос , подают в полость устройства исследуемый газ. Операцию откачка-наполнение повтор ют раза после чего устанавливают в полости устройства заданное давление. Измере ние провод т по описанное методике. Значение коэффициента теплопроводности определ ют по формуле - /-1 . g Cdz/dd) 1 H(dH/di)/ f fMd3/da)l Д1 li;l ызда; 8 нной из решени  системы уравотносительно коэффициента теподности исследуемого вещестdi . о Й4 1 fl-ri ц, р, .-I lltLA-T - а% /Ц .Т.Г.вг 1м 2. t разность температур между поверхностью цилиндра 3 и внутренней поверхностью трубы 7; и Q - тепловые потоки, прошедшие через тепломеры 5 и 6 и измеренные ими, Лт-И X коэффициенты теплопроводноститепломеров 5 и 6 и исследуемого вещества, и d- - внутренний и наружный диаметр втулки k, и d - внутренний и наружный диаметр тепломеров 5 и 6, d - внутренний диаметр трубы 7; ТЭДС, генерируемые тепломерами 5 и 6, рабочие коэффициенты тепломеров. внение (/ может быть приведено посто нные прибора, определ емые экспериментально по эталонным образцам. предлагаемом устройстве благодаложенному в основу его конструкринципа теплометрической мостохемы устран етс  необходимость ерении малых разностей темперапри этом относительна  погрешизмерений снижаетс  до 1,5. того, возможность регулировать в  чейках с исследуемым вещестозвол ет использовать устройство сследований теплопроводности жидкостей и газов в широком диапазоне и мерени  в зкости и температурного коэффициента объемного расширени . Так как все элементы устройства дос тупны дл  ухода за ними, то техника подготовки и проведени  эксперимента а также обслуживание устройства знач тельно упрощаютс , что повышает надежность устройства дл  определени  коэффициента теплопроводности жидкое ти или газа. Формула изобретени  Устройство дл  определени  теплопроводности жидкостей или газов, соде жащее два коаксиально расположенных цилиндра, причем внутренний цилиндр снабжен нагревателем, смонтированным по его оси, и отделен от наружного зазором дл  исследуемого вещества, датчики температуры, систему термостатировани  и измерительно-регистрирующую схему, о т л и ч а ю щ ее с   тем, что, с целью повышени  точности, внутренний цилиндр выполне с уступом, на котором помещена цилин рическа  втулка из материала с малым коэффициентом теплопроводности, наружный диаметр которой равен наиболь шему диаметру внутреннего цилиндра, окруженного теплометричёской оболочкой , состо щей из цилиндрических тепломеров с одинаковыми геометрическими параметрами, причем один из тепломеров прикреплен к наружной поверхности внутреннего цилиндра, а второй - к наружной поверхности цилиндрической втулки, а в зазор между коаксиальными цилиндрами введена съемна  труба с отверсти ми, контактирующа  с центрирующими сменными кольцами, установленными на внешней поверхности теплометричёской оболочки , Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N (3, кл. G 01 N 25/18, 1970.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 28260, кл. G 01 N 25/18, 1971. 3 . Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 N 25/8, 1968. . Амирханов Х.И. и др. Теплопроводность углекислоты вдоль пограничной кривой, включа  область крити ческого состо ни . - В кн.: Теплои массоперенос, т. 1, Наука и техника . Минск, 1962, с. 105-108 (прототип).