Способ контролируемого подвода тепла

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ 9 РЕСПУБЛИН, такт с объектом, включающий контроль подводимого к объекту теплового пото ка, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности контроля, холодные спаи термобатареи приводят в контакт с источником тепла, содержащим нагреватель, регулирование величины теплового потока осуществляют путем иэменения 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 термобатареей и нагревателем мощнос тей. аль". б ССР,(54ВОДА ОДи ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ 1 ТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕ ГЕЛЬСТВ)(57) СПОСОБ КОНТРОЛИРУЕЮГО ПТЕПЛАпри помощи термобатарегорячий спай которой приводят в 1163236 А35 Изобретение относится к теплотехнике, в частности, к способам подвода тепла к объекту, и может быть использовано в устройствах и стендах для исследования процессов тепломас сообмена, гидрогазодинамики и теплофиэических параметров различных объектов в различных средах, в научном приборостроении и для измерения теплового потока.Для количественного и качественного исследования процессов тепломассообмена и гидрогазодинамики необходимо иметь направленный тепловой поток, величину которого необходимо измерить с высокой точностью.Известен способ для подвода теплового потока, где величина теплово-, го потока определяется путем учета тепловых потерь в окружающую среду Г 13.Этот способ подвода тепла к объекту обладает малой точностью измерений и вносит дополнительные возмуще 25 ния в процесс за счет неосновных потоков.Наиболее близким к изобретению является способ подвода теплового потока к объекту, приведенному в контакт с горячими спаями термобата 30 реи, а холодные спаи которой приводят в контакт со средой,от которой отбирают часть тепла за счет ее охлаж" дения, а величину подводимого теплового потока определяют как сумму мощности потребляемой термобатареей,и теплового потока отбираемого от охлаждаемой среды 12 1.Известный способ обладает малой точностью контроля подводимого к объекту теплового потока, обусловленной тем, что параметры термобатареи, зависящие от средней рабочей температуры, имеют большой разброс, меняются со временем из-за происходящих в термобатарее процессов диффузии, возникновения тепловых механических напряжений и других причин, в частности из-эа изменения температур объекта и среды, контактирующей с холодными спаями терЮобатареи.Целью изобретения является повышение точности контроля теплового потока, подводимого к объекту.55Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контролируемого ,подвода тепла при помощи термобатареи, горячий спай которой приводят в контакт с объектом, включающемуконтроль подводимого к объекту теплового потока, холодные спаи термобатареи приводят в контакт с источником тепла, содержащим нагреватель,регулирование величины теплового потока осуществляют путем изменениявеличины токов термобатареи и нагревателя, соблюдая условие равенстватемпературы поверхности источникатепла, контактирующего с окружающейсредой, с температурой этой среды, авеличину теплового потока определяюткак сумму потребляемых термобатареейи нагревателем мощностей,На чертеже изображено устройстводля реализации способа.Исследуемый объект - поверхность1 теплоотдачи, находящийся в контакте с горячими спаями термобатареи 2,состоящими из полупроводниковыхветвей "р" и "и" типов. Холодныеспаи термобатареи 2 чаходятся в контакте с источником тепла 3, выполнен. -ным в виде омического нагревательногоэлемента, вложенного в пазы первоймедной пластины 4. С другой стороныисточник тепла 3 находится в тепловом контакте с второй пластиной 5,изготовленной из материала с хорошейтеплопроводностью (например, меди ).По периметру и в промежутках междуветвями термобатареи помещают теплоизоляцию 6 1,стекловата ) с цельюуменьшения тепловых потерь горячихспаев термобатарей в окружающуюсреду жидкость ). Герметизацию термобатареи осуществляют тонкой фольгой 7, изготовленной иэ материалас малой теплопроводностью 1 напримерковара ). Фольга припаяна сверху свторой пластиной 5. Омический нагревательный элемент и термобатареяподсоединены к регулируемым источникам тока ( не показаны),Исследуемый объект - поверхность1 теплоотдачи приводят в контакт с горячими спаями 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 питания термобатареи. Спаи, находящиеся в контакте с исследуемым объектом, нагреваются, а другие спаи вместе с источником тепла - нагревателем охлаждаются за63236 0 55 13 11счет эффекта Пельтье, После этоговключают источник питания нагревателя, Величину тока нагревателя итермобатареи регулируют так, чтобытемпература нагревателя была равнатемпературе окружающей среды, например воды или любой другой исследуемой жидкости, или, газообразной среды, При этом все.тепло, выделякнщееся в источнике тепла, поглощаетсяхолодными спаями термобатареи засчет эффекта Пельтье, Потребляемыетермобатареей ,Ч ) и омическим нагревателем (М) мощности тепловыепотоки выделяются на горячих спаяхтермобатареи, следОвательно, подводятся к исследуемому объектуповерхности теплоотдачи, Тепловойпоток Я, подводимый к исследуемомуобъекту будет равен Я = Чв + И. 20При вариации средней рабочей тем-.пературы термобатареи и ее временных нагрузочных характеристик обычно изменяются и величины мощностейИ и И, которые приводят к снижению точности контроля подводимоготеплового потока к объекту, В предлагаемом способе эти изменения автоматически учитываются изменениемсоответствующей мощности на.необходимую величину, в противном случае нарушается условие равенстватемпературы поверхности источникатепла, контактирующей с окружающейсредой, с температурой этой среды.Предлагаемый способ позволяетисключить. влияние термодинамических параметров термобатареи на величину теплового потока, так кактепловой поток, подводимый к исследуемому объекту, состоит из суммы тепловых потоков термобатареи иисточника тепла. Изменение теплофизических параметров термобатареи взависимости от температуры в конеч1ном итоге приводит к изменению величины потребляющей мощности термобатареи. Это позволяет повысить точность определения теплового потока,При равенстве температуры холодныхспаев термобатареи, следовательно,нагревателя температуры окружающейсреды, исключаются дополнительныепотоки, обусловленные перепадамитемператур,Таким образом, предлагаемый способ подвода тепла позволяет исследовать как теплопроводность стационарными методами, так и процессы тепломассообмена и гидрогазодинамики, вкоторых требуются наличие высокихточностей способа нормированного подвода теплового потока.В предлагаемом способе поток теп- .ла строго направлен от холодных спаев термобатареи к горячим.Это позволяет повысить точность определениявеличины теплового потока и" раеширяет области использования способатеплоподвода, Термобатарея должнабыть герметиэирована во избежаниепогрешностей в задании теппового потока, так как .при этом возникнутпотоки жидкости между термоэлементами,П р и м е р, Проведенные испыта"ния предлагаемого способа подводатепла к исследуемому объекту на устройстве, состоящем из термобатареи,составленной из 12 термопар и нагревателя показывают, что погрешность вопределении величины теплового потока составляет не более 0,57 против10-15 Ж в известных способах и устройствах, При этом в качестве образцаиспользована вторая термобатарея, спомощью которой определяется величинатеплового потока. Предлагаемый способ подвода тепла использован как дляопределения теплопроводности твердыхи жидких веществ, так и для исследования процессов тепломассообмена плоской поверхности - меди к воде, и для измерения теплового потока.Температура горячих спаев термобатареи отличается от температуры окружающей среды при исследовании процессов тепломассообмена и гидрогазодамики на несколько градусов (3- 5 К). Считая линейным распределение температуры по высоте термобатареи,теплопотери в окружающую среду определяются из соотношения цЪ -1 - Т )/2 ,11 где Т, Т, Т - средние температуры соответственно горячих спаев термобатареи, нагревателя и окружающей среды.Теплопроводность 3 стекловаты составляет 0,035-0,058 Вт/мК. Сечение 8 теплоизоляции по средней лий нии составляет величину порядка 0,03 м для поверхности теплоотдачи с площадью в 0,06 м , Толщина изоляции й2Э 1 порядка 5 10 з м. Тогда из соотношения 1 ) получимО 06 О 03 (Т+ Т)10 2 - ТЗ 2О Зб- т )/2,Тт+ Т2При подводимом тепловом потоке 10 Вт/м (для нашего случая мощности 1632366 10 з Вт ) тепловые потери через боковую поверхность составляют 0,03%1Т+ т(если перепад температур- " - Т 25равен 10 К), что свидетельствует о высокой точности контроля теплового потока в предлагаемом способе, Составитель В,Филатова . Редактор А. Сабо Техред Ж.Кастелевич Корректор В.Бутяга ЮЮ ЭЮ ЮМОВ ВВ ееенеюавюаапюнэююмиею ю ЪЪ Заказ 409843 Тираж 897 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Фа ФЮМ ЮФВЭЭ 9 ЮМЫЮЮ ВЮВвев ЮВФ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4