Григорьев В.А., Зорина В.М. - Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник (1982) (1062114), страница 120
Текст из файла (страница 120)
Там же описан метод измерения раз. нерон капель от 5 до 200 мкм. 8.3.. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА алл. создания и нзмкрннне стационарных твидовых потоков прн элнктрнчнском оногрнвк Прямой нагрев.
При исследовании теплообмена в условиях' нагревания рабочей жидкости наиболее удобным является электрический способ создания теплового потока иа поверхности теплообмена. Если жидкость неэлектропроводна, то электрический ток пропускают либо ио телу модели (пластина, труба, конус и т. п.), либо по электрическому нагревателю, вмонтированному в поверхность тела и находящемуся в контакте с рабочей жидкостью (рнс, 8.26), О других способах обогрева см. равд. 6. Внешнее обтекание тел, Нагреватель может быть выполнен иэ металлической ленты постоянной толщины и ширины, полностью покрывающей поверхность тела.
Ленту приклеивают или цементируют тан, чтобы поверхность, обращенная к жидкости, была гладкой. Между витками создают небольшой зазор (доли миллиметра) во избежание закорачивания витков. Напряже. нне подводят к концам, ленты. Граничное условие. д, сопы создают путем выбора сопротивления ленты, мало Рис. 8.26. Способы обогрева тел электриче- ским током а — ленточный нагреватель нв' повервносгн врылового нрофнлн; б — обогрев нонусв; в — обогреввеывв труба с геплоабменом нв внутренней поверхностн; е — обогреваемая труба с теплообмевом нв наружной Новорхностн; у — модель крыла вв теплонволвцнонного мвгернвлв; у — лента нвгреввгелв; 3 — влевтрнчеснне шины; 4 — нонус; б тонопровод; б, 7 — тшшподводвщве стержень и флвнец; З вЂ” труба.
вависящего от температуры'. Для создания распределения у по заданному закону на- пряжение подводят ранг(ельна к секциони- рованным участкам нагревателя. Средние для участка поверхности АР плотности уеплового потока до равны: уо = (78(7 — Оное)(АР (8 72) где ггвег — потери теплоты по конструктив- ным злементам, токоподводам и проводам термопар, располагаемым глод лентой для изме ения ее температуры. егери теплоты определяют в градуи- ровочных опытах при наложении на поверх- ность теплаобмена тепловой изоляцки.
По результатам градуировки строят зависимо- сти Овог=[(уо), где 74 — средняя темпера. тура поверхности тела, Круглые трубы. При исследова. нии теплообмена в круглых трубах в качест- ве нагревателя используют саму трубу, к концам которой подводят напряжение. От контура установки трубу отделяют электри. ческой изоляцией. При обогреве переменным током можно использовать трехточечную схему подвода тока, кобда нулевое напря- жение полводится к концам обогреваемого частка трубы, а фазовое — к средней точке этом случае трубу от рстальиого контура изолировать не требуется При высоких дав- лениях рабочей жидкости толщина стенки трубы оказывается большой, и для ее обо- грева требуются большие токи (около со- тен и тысяч ампер).
В стенках 'трубы воз- никают большие перепады температуры, вследствие чего снижается точность опреде- ф 8.3 Методы экспериментального исследования тепло- а массообяепа 421 Рис. 8.27. Разгрузка от давления тонкостенной трубы, обогреваемой электрическим током.
у — кожух входного участка; 3 — тохоаоднод; г — обогреннемнн труба; г — кожух обогренвемоэ труби; г — выходная камера; б — гнбкне тохонодводы; 7 — смеснтнхь;  — тейхонзознцнн; У вЂ” чехол термонэрм. пения температуры стенки на поверхности теплообмена. Кроме того, в степках трубы развиваются большие темиературные напряжения [68]. Силу тока можно существенно уменьшить, если использовать разгруженную от давления тонкостенную трубу, помещаемую з охранный кожух (рис.
8.27). В конструкции необходимо иредусмотреть возможность свободного расширения опытной трубы и вывод ыз-иод давления проводов термопар. Пространство между трубой и кожухом заполняется тепловой изоляцией и сообщается с рабочей жидкостью иа выходе из трубы. Возможна разгрузка от давления ири помещении трубы в толстостенном изоляторе тина асбоцемента.
Для трубы с постоянной толщиной стенки'и малой зависимостью электрнческото сопротивления от тюхиературы реализуется граничное условие дч=сопш ио длине трубы. Заданный захон расиределения йн можно реалнзоватгь применяя ирофилированве толщины стенки путем обточки иа станке наружной поверхности трубы.
Важным моментом является провез[ение иредва. рительных измерений равномерности сопротивления трубы ио ее длине. Для тонкостенных труб существенное осложнение может вызвать разностенность трубы ыо окружности, в результате чего темиература в местах с малой толщиной оказывается ниже, чем в местах с большей толщиной, из-за неравномерности тепловыделения.
Методика определения разностеиности труб ио периметру разработана в [55[. Местные ио длине трубы и средиве ио периметру зыачения Плотности теилоыого иотоха на поверхности теилообмена определяют ио выражению з/о = [/з)гг (/с) — ()ыот/Е]/яб (8 73) где Ж(/ч) — электрическое сопротивление трубы из единицу длины, зависящее от темиературы стенки в месте определений величии дн; (гннх/Š— отнесенные к единице дли. иы тепловые потери.
Значения К(/) находят в предварительных градуировочных опытах, используя отрезок. трубы, из которой выполнена рабочая труба. При высоком уровне темиератур когда эксперименты ио определению /гз(/) затруднительны, средние на участке значения д, находят ио формуле чо = (/йП вЂ” Япот)/(ябйЕ) (8 74) где Ь(/ — падение наиряжевия на участке трубы аЕ (для его измерения либо к трубе привариваются специальные провода, либо исиользуются провода заложенных термоиар). Потери теплоты (гнчх складываются из двух составлюошнх: отвода теплоты по токоиадводящим шинам Гг и потерь от по. верхностн трубы в окружающую среду.
Суммарные иотери могут быть нзйдейы в градуировочных опытах' ири отсутствии движения жидкости в трубе. В этом случае мощность, идущая на обогрев трубы и создание некоторого уровня темиературы стенки Гч(Е), равна суммарным потерям. Потери тецпоты ()м можно рассчитать по формулам теплопроводности (см. и. 2.3.4), рассматривая трубу как стержень с заделкой в массив (токоподвод или фланец), Для проведения расчетов необходимо измерять температуру стенки трубы в месте присоединения токоиодвода, Расчеты носят оценочный характер, так как значения термических соиротивлений в условиях сложной конфигурации ирисоединения токоиодводов можно оценить лишь приближенно.
Если эти потери велики, то применяют методы их компенсации, На токоподвод накладывают охранный нагреватель, мощность которого регулируют так, чтобы на участие между ним и местом присоединения токоиодвода отсутствовали иотери теплоты. Для контро' ля за отсутствием потерь на участке измеря.
ют разность температур, которая должна быть равна нулю, При больших зыаченнях силы тока в обогреваемой трубе может про. исходить разогрев токоиодвидящих шии, и от иих к трубе может подводиться теплота. В этих условиях иа участке шины (или во фланце трубы) делают теилообмеиыик, охлаждаемый какой-либо жидкостью. К разгруженным от давления трубам, находящимся в охранном кожухе, ток можно подводить ио капиллярам, охлаждаемым рабочей жидкостью, которая далее направляется в точку контура с более низким давлением. При обогреве переменным током объем.
нос теиловыделение рх пульсирует в соот.ветствии с частотой тока, Через ыоверхыость теилообмена выходит тепловой поток а, с меньшими иулъсациями из-за тепловой инериин стенки. Неравномерность йь во времени снижается с ростом толщины стеикж При частоте тока 50 Гц, толщине стенки больше 06 мм и чнж20ЛО' Вт/мх неравномерность составляет менее 57с. Косвенный нагрев. Для создания теп- ловых потоков применяют "акже.электрические нагреватели, изолировабцыеог тела модели (рис.
8.28). Изменяя плотность навивки нагревателей на трубе, можно задавать желаемый закон теилоиодвода. Реализуе- Методы экспериментального изучения тепло- и массообмена Равд. 8 д 3 з 1 где г — теплота парообразовання. Г Ф агхп а На Ю Рис, 8.28. Обогрев с помощью электрических нагревателей. н — обогрев круглой трубы: 1 — труба; У вЂ” прона.
лочный пзгреззтель; 3 †.тнплонер; 1 охранный ннгренатзгь; г — теплопзоняцня; б — обогрев пн способу нонцентрпронзння теплового потока: 1— тело концентраторз; у — злептрпчзсннз стержневые нагреватели. мые значения плотностей теплового потока в этом случае обычно меньше, чеи при непосредственном обогрбве тела током, так как нз-за падения температуры в слое изоляции с ростом мощности растет температура нагревателя и предельные потоки ограничиваются допустимымн температурами для нагревателей. Значения д, иа поверхности теплообмена можно повысить, применяя способы концентрирования тепловых потоков.
Для круглой трубы роль концентратора играет стенка трубы при намотке нагревателя на ее наружной поверхности. В периферийных областях концентратора плотности теплового потока ниже, чем на поверхности теплообмена меньшего размера. Поэтому в качестве нагревателей можно применять силлнтовые стержни или металлические трубки, вцементнрованные в тело концентратора. Способы определения значений д» иа исследуемой поверхности теплообмеиа различны в зависимости от характера температурного поля в стенках модели. Для тонкостенных труб среднее на участке значение дн определяют по формуле (8.74), в которой для этого слулая И(7 — мощность, вы.- деляемая в нагревателе на участке б).. Для уменьшения потерь тейлоты анях применяй ют охранные нагреватели, контроль за отсутствиеи потерь производят с помощью тепломеров.
Тепловые потери на концах оп. ределяют в градуировочных опытах. Для толстостенных труб осевые потоки теплоты по стенкам могут быть соизмеримыми с радиальными н изменение осевых потоков может существенно влиятЬ на радиальные потоки. Расчет значений д, на внутренней поверхности трубы диаметром д по тепловому потоку, дс, подведенному на ее наружной поверхности, с диаметром лу по соотношению д,=д", ()111() возможен только для одкоиерного температурного поля в радиальном направлении н для квазиодномер. ного поля, когда температура по длине трубы изменяется по линейному закону.
В общем случае расчет д, по измеренным зна- ченням д", может привести к большим погрешностям, если искомыми являются местные значенйя д,. Такие задачи называются некорректно поставленными. Дли нх решения разработаны специальные методы [66). Определение д на основе решения уравнения теплопроводиости в корректной постановке производится по методу толстостенной трубы (см. п. 8.3.4). З.а.й.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
