Способ определения теплофизических характеристик полуограниченной среды

(1)частьпото- арх я вве ды 3 тепл ной плоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Латвийская сельскохозяйственная академия(56) Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. - М.:Энергия, 1979, с. 318,фридрихсон Я.О. Комплексное определение теплофиэических характеристик электрообогрвваемых полов, - Механизация иэлектрификация сельского хозяйства, 1987,М 3, с, 30-31.Д 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧ ЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУОГРАНИЧЕННОЙ СРЕДЫ(57) Изобретение относится к области экспериментальной теплофизики и может бытьиспользовано для определения теплофизических характеристик полуограниченных Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения теплофизических характеристик полуограниченных сред, например, электрообогреваемых полов в сельскохозяйственных помещениях,Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения,На фиг.1 приведена схема теплового расчета элемента обьема полуограниченной среды; на фиг.2 - схема электрических соединений элементов для проведения экспериментов. 689826 А 1 сред, например электрообогреваемых полов в сельскохозяйственных помещениях, Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения. Путем регулирования мощности электронагревателя, размещенного в исследуемой полуограниченной среде, последовательно создают три стационарных теплОвых режима, два из которых характеризуются нулевым перепадом температуры между поверхностью среды и воздуха, а третий - ненулевым перепадом, определяют тепловой поток через среду, температуру нагревателя, а также измеряют температуры воздуха и поверхности среды,причем температуры воздуха в первых двух режимах отличаются друг от друга. По полученным данным определяется теплопроводность среды, коэффициент теплоотдачи и приведенная интегральная степень черноты поверхности среды и ограждающих конструкций. 2 ил. В общем случае тепловыделениегревателя 1 (нагревательной скирапроисходит согласно выражению0(1): ц(1), + О)2,где 0 1 - полезно используемаОсоставляющей удельного тепловогка теплопроводностью, направленнаот нагр)евателя 1 к поверхности 2 среО 2 - удельные потери теплотыпроводностью через грунт,У поверхности 2 полуограничэлектрообогреваемой среды 3 по всТк,п - температура среды на заданномрасстоянии (Ь) от поверхности (контрольнаяплоскость);Як 7,2 - термическое сопротивление между витками спирали,Термическое сопротивление Як 1,2 определяетсч по формулеЯк 1,2 =(2 у))и Хх(ВГ(хР) ах)Г(ВВгде Й,Б - соответственно внешний радиусизоляционной оболочки спирали и шаг мекду ее витками;Л - теплопроводность среды,Температуру поверхности изолированной нагревательной спирали определяют поформуле, структурно одинаковой для всехтепловых режимов2Тлт ( -Рарго ) а-- +20) -(-гкгг) " (-) (14)где О, а, г - соответственно напряжениеэлектропитания, температурный коэффициент сопротивления и радиус нагревательной спирали;рго, Ян - соответственно удельноеэлектрическое сопротивление при 20 С итеплопроводность изоляционной оболочкинагревательной спирали.Делением (11) на (12) получаем первуюфункциональную зависимость между темпера(турами контрольной плоскости г )к п иЕ к и с одновременным устранением теп 2,лопроводности среды 1: Д Т(1) Т(1), Т(1) 0(9) и(10), получаем дтпл -М-В)2 Як 1 г 55 где ) - общая длина нагревательной спирали;Тп,т - температура поверхности нагревательной спирали: 60 щади Р 7 имеют место следующие балансовые соотношения тепловых потоков: 10 где Ол и О )к - составляющие удельного(1) Р)теплового потока излучением и конвекцией,Верхние индексы (1), (2) и (3) соответст. вуют первому, второму и третьему стационарным тепловым режимам. 15При различных температурах воздуха и ограждающих конструкций 4 регулированием мощности нагревательной плоской спирали, размещенной в полуограниченной среде, до величин Р ) и Рдобиваются от сутствия градиента температур между ее поверхностью и воздухом, т,е. где Тпв - температура поверхности среды;Тв - температура воздуха. 30Это обусловливает отсутствие также составляющих теплового потока конвекцией: ХЫ) =0; Ог):0Тогда из (2) и (3) следует, что:ср) " р)ОР).С)(2)л Взаимосвязь между потребными мощ Б ностями Р нагрева полуограниченной среды и соответствующими температурными ре" жимами (фиг,1) устанавливают формулы Составляющие теплового потока теплопроводностью у поверхности среды могут быть выражены следующим образом:(1 К, (Цв ) 1 р2 т 1)у (31)Отличительным признаком предлагаемого способа от прототипа является значительное расширение диапазонаисследуемых свойств полуаграниченнойсреды, заключающееся в дополнительномопределении качественно новых параметров.Рассмотрим в качестве примера определение теплофизических характеристикбетонного пола в помещении холодильника, стены и потолок которого покрыты шероховатой известковой штукатуркой, Дляудобства третий тепловой режим был проведен после первого,Для обогрева пола применена нагревательная спираль из провода марки ПОСХВс радиусом стальной жилы г=0,55 мм, внешним радиусом В=1,45 мм и каталоговой теплопроводнастью изоляционной оболочкиАиз = 0,3 Вп 1/м С длинаи Е= 200 мм, шагом 3=50 мм и глубиной укладки Ь=50 мм,Удельное электрическое сопротивлениенагревательного провода при 20 С р 2 о ==0,147 Ом/м. Температурный коэффициентсопротивления Р= 0,0045 С , Расчетнаятолщина слоя электраобагреваемого пола(1=100 мм,Последовательность проведения эксперимента,При температуре воздуха Т )в = 19 С спомощью автотргнсформатара 5 (фиг,2) ре,Iгулировали напряжение на размещенной вполу нагревательной спирали, изменяя еемощность да получения равенства междутемпературами окржаюце)го воздуха и поверхностью пола Т )в = Т пв = 19 С, изме 1) р 1 оренными электронным термометрамповерхностей марки ЗТП - 1 м. Этим жеприбором измеряли температуру на поверхности огражд,"(ющих пол конструкций стены, потолок) Т )огр = 13,5 С, Ваттметром 6измеряли мощность Р= 331,5 Вт, а воль(1,тметром 7 - напряжение 0 ) = 103,5 В, послечего по формуле (14) определяли температуру поверхности изоляционной оболочкинагревательной спирали: Т( )и,т = 21,0 оС,ЯАналогичные измерения осуществилипри втором тепловом режиме с температурой воздуха Тфв = 12 С, получая св(втВЕтСтВуЮщрв даННЫЕ: Т(2)Г(ц = 12 оС, Р 2 =44 В ОР. 117 9 В Т 1 ) 5 оСТ( )огр = 47 оС,После этого по формуле (23) находилизначение температуры контрольной плоскости при втором тепловом режиме Т 2 к,п =510 13"С, а па формуле (15) - при первом тепловом режиме Т(к.п = 20 оС.По полученным данным определили теплоправодность пола по формуле (24) .Я 1) = 0,85 ВТ/м С, а по формуле (25) проверяли достоверность ее значения, также получая А=0.85, - , Савпа(2) Втдение результатов подтверждает правильность экспериментальных данных и расчета,При известной А по формуле (16) апре 15 деляли поток теплоты0 1= 250, 75 Вт,(1)после чего по формуле (26) находили приведенну(а степень черноты при лучистом тепла- обмене между поверхностью пола и ограждающими его конструкциями ядр =0,83, 20 После этого путем повышения мощности нагревательной спирали пола создавали тепловой режим с градиентам температуры между поверхностью по(ла и воздуховл и, произведя аналогичные измерения и расчеты, как при двух предыдущих тепловых режимах, подучили следувощие данные: г )в =, ,(з)12,5"С,Т(з)ив=16,0 С,Т )цр=10,0 оС,Т п.т = 18,7 оС, Р = 486,2 Вт, О ) = 124,8 В, Т( )к,п = 17,0 С, дающие возможность па формуле 31) определить канвективный коэффициент теплоотдачи ак =- 4,39 Вт/м С,Использование предлагаемого способаопределения характеристик теплоабмена палуограниченной среды обеспечивает па сравнению с базовым способом следующие преимущества: расширен диапазон комплексно определяемых теплофизических характеристик, так как дополнительно определяется приведенная степень черно ты, а также повышена точность определения теплопроводности среды, так как учтено отличие в температурах воздуха и ограждающих конструкций.Формула изобретения Способ определения теплофизическиххарактеристик полуаграниченной среды, заключающийся в там, что при постоянной во времени температуре ограждающих среду конструкций и воздуха путем регулирования 50 мощности электронагревателя, размещенного в среде, в первом стационарном тепловом режиме добиваются отсутствия, а во втором - наличия градиента температур между поверхностью среды и воздухом, определяют тепловой поток через среду, температуру нагревателя, а также измеряют температуры воздуха и поверхности среды и по полученным данным вычисляют искомые характеристики, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности ирасширения области применения, дополнительно создают третий стационарный тепловой режим с нулевым перепадом температуры между поверхностью среды и воздухом, температура которого отличается от температуры воздуха в первом режиме, и по измеренным параметрам определяют приведенную интегральную степень черноты поверхности среды и ограждающих кон струкций.1689826 Составитель В, Марченкодактор О.Юрковецкая Техред М.Моргентал Корректор М. Макс не Производственно-издательский комбййат ТГатент", г, Ужгород, ул. Гагар 01 аказ 3808 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитете по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5