Способ комплексного определения эффективных коэффициентов аксиальной теплопроводности и теплоотдачи плотного фильтруемого слоя и устройство для его осуществления

(71) Одесский технологичестут холодильной промьпкпенн(56) Авторское свидетельстВ 834481, кл. С 01 И 25/18Аэров М.Э., Тодес О.М.,кий Д,А. Аппараты со стацизернистым слоем. Л.: Химияс. 113. кии инстисти орнараки во СССР 1979. Наринсонарным 1979, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯЭФФЕКТИВНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ АКСИАЛЬНОЙТЕПЛОПРОВОДНОСТИ И ТЕПЛООТДАЧИ ПЛОТНОГО ФИЛЬТРУЕМОГО СЛОЯ И УСТРОЙСТВОДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к экс"периментальному определению эффективных коэффициентов теплопереноса (аксиальной тенлопроводности и теплоотдачи) плотного фильтруемого слоя.Целью изобретения является расширениинформативности и сокращение времениизмерений за счет раздельного определения из одного опыта эффективныхкоэффициентов теплопереноса. Способ комплексного определения эффективныхкоэффициентов аксиальной теплопроводности и теплоотдачи плотного фильт.руемого слоя заключается в измерениимощности внутреннних источников тепла, локальных температур стенки торцового теплообменника, расхода газаи температурных полей газового итвердого компонентов при Кес 50 с последующим вычислением искомых коэффициентов путем сравнения экспериментальных температурных полей с рассчитанными по формулам. Устройствосодержит заполненный слоем частицкорпус с теплоизолированной боковойповерхностью, газораспределительнуюрешетку, систему подачи и регулирования расхода газа, торцовый теплообменник, термопары для измерениялокальных температур газа, частиц истенок торцового теплообменника, расходомер, систему измерения мощностивнутренних источников тепла Горячиеспаи термопар для газа снабженыэкранами, все термопары через переключатель с общим холодным спаемподключены к вольтметру. Электрический ток подается в слой от сетичерез автотрансформатор и стабилизатор с помощью перфорированныхэлектродов. 2 с, и 3 з.п,ф-лы, 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для комплексного экспериментального определения в одном опыте эффективных коэффициентов теплопереноса (аксиальной теплопроводности и теплоотдачи) газового и твердого компонентов слоя, через который фильтруется газ (жидкость). Коэффициенты необходимы при расчетах теплопереноса в дисперсных системах типа "плотный фильтруемый слой". Такие системы .широко применяются в контактных химических реакторах, установках энерготехнологической переработки топлив, высокотемпературных газоохлаждаемых реакторах, аппаратах для сушки, термообработки разнообразных сыпучих материалов. Они перспективны также для каталитических генераторов тепла, аккумуляторов тепловой и солнечной энергии.Целью изобретения является расширение информативности и сокращение времени измерений за счет раздельного определения из одного опыта эффективных коэффициентов теплопереноса;Иа чертеже приведена схема устройства.П р и м е р. В корпус устройства на газораспределительную решетку засыпают слой частиц, обеспечивая равномерную структуру и порозность слоя по сечению.С помощью системы подачи газа создают одномерный поток газа через слой устанавливая расход, обеспечивающий необходимую скорость фильтрации (с учетом условия К50, т.е. ЧЧ= 50 - ).тСоздают одномерный аксиальный тепловой поток в выходном сечении слоя, подавая теплоноситель с известной температурой в торцовый теплообменник, при этом, если действующие в слое внутренние источники положительны, то с помощью торцового теплообменника обеспечивают отвод тепла если внутренние источники отрицательны, подвод тепла, кроме того, обеспечивают равномерность температуры стенки торцового теплообменника, осуществляя в нем испарение или конденсацию теплоносителя.После наступления стационарного теплового режима 4-5 раз измеряют 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 температуру газа и частиц в различных сечениях по высоте слоя, температуру стенки торцового теплообменника в нескопьких точках, расход газа, мощность внутренних источников(стоков) тепла в слое.Измерение температуры газа и частиц сравнивают с рассчитанными поформулам при различных значенияхкоэффициентов акксиальной теплопроводности газового и твердого компонентов Ъ, %и теплоотдачи% %сГ Ст г.агт,а,с 6 М, . В качестве достоверныхпринимают. такие значения искомых коэффициентов, при которых расчетныетемпературы отличаются от измеренныхне более чем на З ,Устройство содержит заполненныйплотным слоем частиц корпус 1 степлоиэолированной боковой поверхностью, газораспределительную решетку 2, систему 3 подачи и регулирования расхода газа (воздуха), торцовыйтеплообменник 4, термопары 5, 6 и Удля измерения локальных температурвоздуха, частиц и стенки торцовоготеплообменника соответственно, расходомер 8, систему 9 измерения мощностивнутренних источников тепла. Газораспределитепьная решетка представляет собой перфорированную пластину живым сечением 802, служит опорой дляисследуемого слоя частиц и обеспечивает распределение воздуха, подаваемого в слой, Торцовый теплообменникснабжен сквозными трубами для отводавоздуха, межтрубное пространствоподключено к системе подачи холодноготеплоносителя (на схеме не показана).Горячие спаи термопар, измеряющихтемпературу газа, расположены в межзерновом пространстве и снабжены экранами 10, предназначенными для умень .шения погрешности за счет излучениячастиц. Горячие спаи термопар, измеряющих температуру частиц, зачеканеныв частицы на расстоянии 1,5 мм отповерхностиТермопары размещены наоси слоя в различных сечениях по высоте. В нескольких сечениях термопарыустановлены на различных расстоянияхот оси с целью проверки равномерности распределения температур. Черезпереключатель с общим холодным спаем11 термопары подключены к цифровомувольтметру 12. Электрический ток подается в слой от сети через автотран"Кн ас Ьд Ргг- Р1ас Р К,Р Р 4+ Рд Рдг= Ви р р фэ + 14 К,. сформатор 13 и стабилизатор 14 напряжения с помощью пластинчатых перфорированных электродов 15, расположенных во входном и выходном сечениях.5 Сквозные трубы торцового теплообменника размещены равномерно с шагом 1,6 калибров частиц, диаметр труб составляет 3 калибра частиц, а суммарное живое сечение труб - 757. площади по перечного сечения теплообменника.Устройство работает следующим образом.Корпус 1 равномерно заполняют исследуемыми частицами, включают 15 вентилятор 3, устанавливают с помощью шибера необходимый расход воздуха через слой. От системы подвода тепло- носитель подают в межтрубное пространство торцового теплообменника 4, 20 обеспечив заданные температуру и расход. Подключают слой к электросети, устанавливают параметры тока, обеспечивающие необходимое тепловы- деление в слое.Воздух, проходящий через слой, отводит часть тепла, выделяющегося в слое, и удаляется в атмосферу через сквозные трубы торцового теплообменника 4, Часть тепла, выделяемого в слое, отводят от выходного сечения слоя через поверхность торцового теплообменника теплоносителем, протекающим в межтрубное пространство. В результате в слое создается одномерный тепловой поток35 и формируется одномерное температурное поле. Через определенное время после начала работы устройства устанавливают стационарный тепловой режим, При стационарном режиме измеря ют локальные температуры частиц, газа и стенки торцового теплообменника, расход воздуха, мощность внутренних источников тепла (мощность тока, протекающего через слой).45Измеренные в центре слоя температуры сопоставляют с рассчитанными по формулам и из условия их совпадения с заданной точностью находят искомые коэффициенты теплопереноса компонентов слоя. формула изобретения 1, Способ комплексного определения эффективных коэффициентов аксиальной теплопроводности и теплоотдачи плотного. фильтруемого слоя частиц при одномерном аксиальном тепловом потоке, включающий измерения локальных температур стенки и гаэа ирасхода газа с последующим вычислением по полученным данным искомыхкоэффициентов путем сравнения измеренных температур с расчетными, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью расширения информативности иобласти применения способа за счетраздельного определения из одного опы"та эффективных коэффициентов аксиальной теплопроводности и теплоотдачигазового и твердого компонентов слояс равномерно распределенными внутренними источниками тепла, дополнительноизмеряют их мощность и локальные температуры частиц, а искомые коэффициенты теплопередачи вычисляют из условия совпадения измеренных температурс рассчитанными по формулам Р, Р, Рх ЬаС,=К+К е +К е +К е + - х3 ас й Р РчР 22Э 1 р 14 тЭЪЙ Р 22 Р 44КюФас РЭ КЭ ВРэгЭ Ьй Р 22 Р 5 3Кя4 э ас РВ = ВР - Р -- (Р -1)Ьй12 1 22 г ас 22 В =ВР -В (Р -1)Ы131 23 г аС 1 ЭФ В =В Р -В -- (Р -1)Ъй14 1 44 г ас 44 Рг, Рэ, Р 4 - корни кубического уравнения; 1330526 Ьтеплоотдачи, 11 - эффективная теплопроводность компонента в слое, ггазовый компонент, т - твердый компонент, м - межкомпонентный, ст - стен 5 ка, уд - удельный; о - входное сечение; Ь - выходное сечение, ак - аксиапьный.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что измерения прово 10 дят при числах Рейнольдса не более50, мощности внутренних источниковтепла не менее 10 э Вт/м, при этомлокальные температуры частиц и газаизмеряют в одних и тех же сечениях5 слоя, причем у выходного сечения научастке высотой 15-20 калибров частиц,температуры измеряют на расстоянияхв 1-2 калибра частиц.Устройство для комплексногооп 20 ределения эффективных коэффициентоваксиальной теплопроводности и теплоотдачи плотного фильтруемого слоячастиц при одномерном аксиальном теп 1ловом потоке, содержащее корпус с25 теплоизолированной боковой поверхностью, газораспределительную решетку, систему подачи газа, торцовыйтеплообменник со сквозными трубами дляотвода газа, термопары для измерения,30 локальных температур стенки и газа,расходомер для газа, о т л и ч а ю - ,щ е е с я тем, что, с целью расширения информативности и области применения устройства за счет раздельЗ 5 ного определения из одного опыта эффективных коэффициентов аксиальнойтеплопроводности и теплоотдачи газового и твердого компонентов слоя сравномерно распределенными внутренними источниками тепла, оно снабженодополнительно термопарами для измерения температуры частиц, расположенными в тех же сечениях, что и термопары для газа, и системой измерения45 мощности внутренних источников тепла,соединенной с плотным фильтруемымслоем, в котором эти источники содержатся.окаЭсФ тфтак Яч фтакгде а - поверхность частиц в единийце объема слоя; с - теплоемкость; С - массовая скорость газа; Ь - длина участка; оч - объемная производительность внутренних источников,- температура, х - расстояние от входного сечения, сб - коэффициент 4. Устройство по п,З, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что сквозные трубы торцового теплообменника размещены равномерно по сечению с шагом 1,3-1,6 калибров частиц, их сечение 55 составляет 70-807. площади выходногосечения, а отношение их внутреннего диаметра к калибру частиц составляет 2-3,1330526 высота слоя - 80-100 калибров частиц,а живое сечение газораспределительной решетки 80-857. 5. Устройство по п,3, о т л и ч а -ю щ е е с я тем, что диаметр слоясоставляет 30-40 калибров частиц,2 Составитель В,Тер Техред А.Кравчук имокосо Редактор Л.Пов Коррект писное изводственно-полиграфическое предприяти Заказ 3575/45ВНИИПпо113035,Тираж 776Государственного комиелам изобретеннй и осква, Ж, Раушская ета ССрытийаб., д жгород, ул, Проектная, 4