Способ определения обобщенного коэффициента теплопередачи

(23) Приоритет до делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 07.07.80(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБОБЩЕННОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ 1Изобретение относится к области машино- строения и может быть использовано при теп. ловых расчетах пневматических и пневмогидравлических систем, работающих под давлением.При исследовании динамических тепловых процессов для расчетов тепловых потерь энергии используют различные формулы, содержащие определенные термические коэффициенты и, в частности, коэффициенты теплопередачи. Как правило, определение этих коэффициентов осуществляется по расчептым зависимостям,10 содержащим экспериментально полученные величины изменения температурь в граничных точках и количество тепла, проходящего через исследуемую поверхность. Известны способытз определения коэффициентов теплопередае отдельных элементов и рабочей среды системы, основанные на измерении температуры слоя при заданном количестве тепла и направлении теплового потока 11.Известен способ "коаксиальных цилиндров", основанный на переносе телла через газ, заключенный между поверхностями двух коаксиальных цилиндров 21. Поверхность внутреннего цилиндра нагревают до температуры Т(, а поверхность внешнего цилиндра нагревают до температуры Т,.Температуры Т, и Т, поддерживают постоянными во времени,При использовании метода регулярного режима коаксиальных цилиндров, нагревательвнутреннего цилиндра включают на небольшойпромежуток времени, соответственно его температуру повышают до Т,о и он приобретаетизбыточную температуру ЬТ Т,о - Т, поотношению к температуре Т 2 внешнего цилиндра, которая на протяжении опыта остается постояннои. После выключения нагревателя начинается процесс свободного охлаждения внутрен.него цилиндра,Аналогичный характер расчета коэффициентатеплопередачи проводят по другим существу.ющим способам. Однако существующие способы обеспечивают определение коэффициента теплопередачи отдельного элемента системы илирабочей смеси в определенных жестких условияхизоляции (по давлению и теьятературе) и коли.честву тепла, проходящего через исслелуемуюТ - То ЕЬтг- РоЕ 1 СК =п1Р - РоЕ Рс".йо 3 74 б 2поверхность. Таким образом, для расчета коэффициента теплопередачи сложной системы требуется определить коэффициенты теплопередачи всех деталей и рабочих смесей, после чего рас чет-произвести в следующей зависимости:5 1К 3 Т 3т (обобщ,) - 1 +, Л" 1 + - 1ф 1 1 1 " 2 где а, и а - коэффициенты теплопередачи от 10 горячего теплоносителя к стенке и от стенки к холодному телу;6; и Л; - толщина слоев (отенок) и коэф. фициенты теплопроводимости слоев и элементов, 15Следует отметить, что значительную погреш. ность в расчет обобщенного коэффициента теплопередачи внесут параметры слоев, которые учесть в расчетах не представляется возможным.Это прежде всего, состояние сопрягаемых поверхностей многослойных элементов; наличие контактных пленок газа, жидкости и различных окислов; разнородность материальных узлов деталей и элементов системы; раэностенность;загрязненность и другие параметры. 25 65 4ратуру, При условии постоянства объема газапроцесс изменения параметров состояния систе.мы будет описываться изохорой,Тепловой поток, подводимый или отводимый за определенный промежуток времени можно выразить общепринятой зависимостью. Сле.довательно, изменения параметров состояния газа при изохорном процессе в результате теплообмена будет иметь вид:С дТ = КтР(То - Т)атгде К, - коэффициент теплопередачи;Р . - площадь теплообмена;Т и Т - температура окружающейсреды и газа.Разделяя переменные в уравнении, получаютвыражение, определяющее изменение параметров состояния системы в зависимости от длительности теплообменного процесса,Таким образом, расчетные зависимости бу.дут иметь вид:Целью изобретения является увеличение точности и быстродействия определения обобщен.ного коэффициента теплопередап 1.Поставленная цель для замкнутых и герметичных, пневматических и пневмогидравлических систем, работающих под давлением, достигается путем создания с помощью поршневогоустройства политропного сжатия (или расшире"ния) рабочего газа с последующей регистрациейво времени и различных точках системы измерения параметров состояния газа (давления итемпературы) при его постоянном объеме. Ско.рость сжатия или расширения газа выбираюттакой, чтобы исключить изотермический процесс. Предельная величина давления должнабыть ограничена допустимой по погрешности игерметичности для данной системы. Основойрасчетных зависимостей, по которым определяют обобщенный коэффициент теплопередачи,служит следующее положение. При политропномизменении состояния газа в системе аккумулируют энергию, эквивалентную некоторому количеству тепла, характеризуемого определеннымсоотношением параметров состояния газа, вчастности температурой (с одной стороны основной термодинамической функцией, определя.ющей состояние газа, а с другой, при наличииразности температур, двух тел), служащей причиной теплообмена между телами. Поскольку ", системане изолирована от окружающей среды,то в определенный момент времени наблюдаютперераспределение теплового баланса междутелами (средами), имеющими различную темпе где Ро То иР,Т 4 О соответственно начальные иконечные давления и температуры после динамическогосжатия газа;Р, Т, - текущие значения параметровсистемы при иэохорном процессе;6 - масса газа для данного постоянного объема;Р - поверхность теплообмена;Е - степень сжатия;Ьт - время, в течение которогосостояние параметров газаизменилось от Р Т докР;, Т,.Устанавливая в системе датчики температу - ры и давления по осциллографической записиизохорного изменения во времени температуры и давления в системе по выражениям определяют обобщенный коэффициент тейлопередачи (для установившегося температурного со.стояния всех элементов системы).П р и м е р, Определим обобщенный коэф.фициент теплопередачи системы состоящей изкоэффициента теплопередачи металлическогоцилиндра, частично заполненного жидкостьюи газом с поршневым устройством, Газ и жидкость находятся над поршнем в замкнутом герметическом объеме,В газовой полости устанавливают датчикидавления и температуры, а также на поверхнос. 746265 6всех эле- датчиков давления и температуры в системе)на штатном образце. Ускоряется процесс рассжимают счета величины коэффициента теплопередачи ма Ч системы. Повышается точность определения ния новы- обобщенного коэффициента теплопередачи сиет избы- стемы за счет проведения исследований на темах, где штатных образцах изделий,Способ определения обобщенного коэффициента теплопередачи различных сред, заклю.чающийся в том, что в среде устанавливают15 датчики, определяющие состояние среды, определяют изменение количества тепла, переданное в единицу времени и по известным зави.симостям определяют коэффициент теплопере.дачи, отличающийся тем,что,20 с целью увеличения точности и быстродействияопределения, в заданный промежуток. времениизменяют давление и температуру среды соскоростью, исключающей изотермический процесс, затем проводят;изохорное изменение25 параметров среды и регистрируют давление итемпературу во времени, по которым определяют искомый коэффициент,Составитель В, ГусеваТехред А, Щепанская Редактор Л, Курасова Корректор М. Коста Заказ 3930/30 Тираж 1019 ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 45Подписное филиал ППП "Патент", г, Умсгород, ул. Проектная, 4 5ти цилиндра (положим температураментов Тз)Используя поршневое устройство,газ в системе (динамически) до объеПри этом температура газа и давлесятся до Г и Р, т,е. газ приобретаточную температуру Т - То. В сисотсутствует поршневое устройство, предусматривают возможность подсоединения поршневогоустройства подобранного или изготовленного 1 О Ф о р м у л а и з о б р е т е н и яспециально.Проводят запись изохорного изменениятемпературы и давления во времени от положения, определяемого параметрами Т и Р .Выбирают на графике промежуток времени(достаточно малой величины от 0,01 с до 0,5 св зависимости от характера процесса) определяют для данного промежутка измерения температуры и давления (Т, Р) газа и поверхности окружающих элементов, жидкости и среды,Зная (расчитав) Е6, определяют по таблицам С - для данных условий состояниячсреды, имея измерения непосредственно в системе То Т Т, Ро Р Р, Ьт по зависимостямопределяем К .Использование предлагаемого способа определения обобщенного коэффициента тенлопередачи системы по сравнению с существующимиспособами обеспечивает следующие преимущест- Источники информации,ва. принятые во внимание при экспертизеПредставляется возможность получения ве, Шашков А, Г, и др. Теплопроводностьличины обобщенного коэффициента теплопере- газовых смесей. М "Энергия", 1970, с, 174.дачи системы как в целом, так и остальных 2, Михайлов М. А. Основы теплопередачиее элементов (в зависимости от расстановки М "Энергия" 1973, с, 32 (прототип).