Устройство для определения локальныхкоэффициентов теплоотдачи

Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл З с присоединением заявки М 6 01 М 25/18 Государственный комитет СССР ио дедам изобретений и открытийОпубликовано 30,0781, Бюллетень МЯ 28 Дата опубликования описания 300781)Л.В,Декуша, В.Г.Федоров, О.А,Геращенко и Т.Г. Гриценкоч Институт технической теплофизики АН Украинской ССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКИЗЬНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛООТДАЧИИзобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть ис-,пользовано для определения локальных коэффициентов теплоотдачи междутеплообменной поверхностью и омывающей ее средой,Известно устройство для определения локальных коэффициентов теплоотдачи, содержацее тепломер для измерения плотности теплового потока и,дифференциальную термопару для-измерения разности температур междуповерхностью тепломера и омывающейсредой, причем тепломер устанавливают заподлицо с поверхностью теплообмена. Устройство позволяет определять коэффициейты теплоотдачипри, любом направлении теплового потока (как от объекта к среде., таки наоборот 1 при исследовании теплообмена тел различной формы. 1Однако в известном устройстве спростым и удобным способом измерения плотности теплового потока чувствительным тепломером сохраняется измерение температуры специальным термозондом, который устанавливают в оьаеваюцем теплообменную поверхность потоке среды, что приводит к искажениямгидродинамических условий в зоне ЗО установки устройства и снижению точности определения коэффициента тепло- отдачи. К увеличению погрешностей определения коэффициентов теплоотдачи приводит также необходимость в измерении сигналов разных порядков от тепломера и термозонда, что особенно сказывается при исследовании интенсивного теплообмена при малых разностях температур между поверхностью и средой. Кроме того, для устройств, предусматривающих измерение плотности теплового потока и перепада температур, характерен общий недостаток, заключающийся в трудности определения места замера температуры среды для корректного расчета локального коэффициента теплоотдачи.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения локальных коэффициентов теплоотдачи, содержащее измерительную ячейку с установленными на температуровыравнивающей пластине тепломерами и регист" рирукщий прибор (2 и 3.Однако такое устройство имеет ограниченное применение.Цель изобретения - повышение точности определения локальных коэффи-ьциентов теплоотдачи при одновременном упрощении техники подготовки и проведения измерений.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения локальных коэффициентов теплоотдачи,содержащем измерительную ячейку с установленными на температуровыравнивающей пластине тепломерами и регистрирующий прибор, измерительная ячейка выполнена многослойной, состоящей из поочередно чередующихся тепломеров и температуровыравнинающих пластин, причем около одного из тепломеров смонтирован. тепловой шунт.Тепловой шунт и температуровыравнивающая пластина между теплометрическими элементами могут быть выполнены в виде одной детали. На чертеже изображено предлагаемоеустройство. 20Устройстно содержит теплометрические элементы 1 и 2, соединеннывпоследовательно по тепловому потоку,и тепловой шунт 3, включенный параллельно по тепловому потоку с теплометрическим элементом 2. Теплометрический элемент 2 и тепловой шунт 3смонтированы на температуроныравнивающей пластине 4, выполненной извысокотеплопроводного материала. 30Оба теплометрических элемента 1 и 2,тепловой шунт 3, температуроныравнивающие пластины 4 н 5 смонтированыв теплоизоляционном корпусе б, который служит для уменьшения теплопритоков через боковые поверхности теплометрических элементов и тепловогошунта. Твплометрический элемент 1контактирует через температуровыравннвающую пластину 5 с поверхностьюисследуемого объекта 7. Таким образом, измерительная ячейка выполнена многослойной из п чередующихся тепломеров и температуровыравнивающих пластин,Для определения локального коэффициента теплоотдачн между поверхностью раздела и движущейся средойпредлагаемое устройство устанавливают на исследуемый объект заподлицо с поверхностью. Если устройство 0по каким-либо причинам приходитсяустанавливать непосредственно на поверхности раздела, то образовавшийся уступ необходимо сгладить, например, эпоксидной смолой и подходящимпо теплофизическим характеристикамзаполнителем для предотвращения изменения гидродинамического погранич,ного слоя.При расположении теплометричвско- еО го элемента 2 и теплового шунта 3 на общей изотермической поверхности температуровыравнивакщей пластины 4 плотности теплового потока, пронизывающего шунтфщ и теплометрический элемент Ч, , могут быть определены поуравнениям, (=д ( Кщм (а)с,=ьИК, + ыг"где д 1 - разность между температуройомывающей среды сш и температурой поверхности температуроныравнивающей пластины ср, контактирующей с теплометрическим элементом итепловым шунтом;В - термическое сопротивление.теплового шунта;В - термическое сопротивлениетвплометрического элемента,с " локальный коэФфициент теплоотдачи.Плотность теплового потока, прони" зывающего тепловой шунт, может быть определена по уравнениюгде Е - суммарная площадь теплометрического элемента 2 и теплового шунта 3;Г - площадь теплового шунта 3,л - плотность теплового потокаспроходящего через теплометрический элемент 1.Совместное решение приведенных выше уравнений относительно коэффициента теплоотдачи в позволяет получить расчетную формулуРд-Йсу Ф Ф-")" В предлагаемом устройстве возможен вариант изготовления теплового шунта 3 и температуровыраннивающей пластины 4 в виде одной детали из высокотеплопроводного материала (меди, серебра, алюминия) . В этом случае термическое сопротивление теплового шунта йн значительно меньше термического сопротивления теплометрического элемента Р,г, что позволяет в приведенной расчет%ой формуле пренебречь вго величиной и записать ураннение (3) в видер й ,Ъх) Ю Р Ш т Ф В качестне теплометрических элементов использованы термоэлектрические батарейные тепломеры.,При пронизынании теплометрического элемента тепловым потоком генерируется термо-ЭДС, пропорциональная.его плотности. Плотность измеряемого теплового потока вычисляется по формулеС=Кр Е, С 5где К - рабочий коэффициент теплометрического элемента,"сигнал теплометрическогоэлемента.Исходя из формулы (5),отношение плотностей теплового потока можнозаписать в виде и если Рц, Р., то са) д,= р(ке При проектировании устройств для у определения локальных коэффициентов теплоотдачи выбор геометрических размеров шунта и теплометрических элементов, а также термического сопро-тивления теплометрического элемента Р для устройства с тепловым шунтом и температуровыравнивакщей пласти- Тной, выполненными в виде одной детали из высокотеплопроводного материала осуществляют по соответствуюУ40 щей номограмме.Таким образом, предла аемое устройство позволяет увеличить точность определения локальных коэффициентов теплоотдачи до 10 при одновременном упрощении техники измерений, что со- Я кращает время проведения экспериментов в 1,5 раза, Увеличение точности определения коэффициента теплоотдачи достигается тем, что измерения с(цдкаяк,ер=кее (6) где К - коэффициент заявляемого устройства, равный отношениюрабочих коэффициентов К,и Ки теплометрических элементов1 и 2.би 6-сигналы теплометрических элементов 1 и 2. 15Заменив в уравнениях (Э) и (4 отношение плотностей теплового потока д (о отношением термоэлектричеа.") -"ких сигналов соответствующих тепло- метрических элементой, получают сле- Щ дукшие выражения для расчета коэффициента теплоотдачи(.=цке(е,-йт ш производят в невозмущенном потоке средыомывающей поверхность теплообмена, благодаря .отсутствию термозондов в омывающем пбтоке, а также за счет того, что при вычислении величины локального коэффициента тепло- отдачи по расчетным формулам (7) м (6) в числитель и знаменатель отношения 14/ К подставляются величины одного порядка, измеренные одним вторичным прибором. Упрощение техники подготовки и проведения измерений достигается эа счет исключения из измерительной схемы термозондов для измерения температуры омывающей среды, что приводит к снижению затрат рабочего времени на подготовку эксперимента. Кроме того,предлагаемое устройство позволяет сократить затраты на вторичную аппаратуру с одновременным сокращением трудозатрат на измерения и обработку опытных данных.формула изобретенияУстройство для определения локальных коэффициентов теплоотдачи, содержащее измерительную ячейку с установленными на температуровыравни-. вающей пластине тепломерами и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е" с я тем, что, с целью повышения точности измерения, измерительная ячейка выполнена многослойной, состоящей из поочередно чередунзцихся тепломеров и температуровыравнивающих пластин, причем около одного из тепломербв смонтирован тепловой шунт.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 147009, кд. С 01 К 17/00, 1960.2. Федоров В.Г. Теплометрия в пищевой промышленности. М., Пищеваяпромьэщенность 1974, с. 143.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2795070/25/100200,кл. С 01 М 25/18, 05.07.79 (прототип).,Составитель Н,ПреображенскаяТехред А. Ач Корректор. М.Демчи акт ор И.Михее аказ 6341/бО ал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 907 НИИПИ Государственного по делам изобретений и 13035, Москва, Ж, Ра