Григорьев В.А., Зорина В.М. - Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник (1982) (1062114), страница 121
Текст из файла (страница 121)
СОЗДАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ СТАЦИОНАРНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ НРИ жидкостном овогвеве Тепловые потоки на поверхности тепло. обмена могут создаваться с помощью зсломогаугльной (греющей или охлаждающей) жидкости (рис. 8.29). Труба окружается ко. жухои, в котором движется вспомогательная жйдкость. Тип граничных условий на поверхности теплообмека определяется условиями теплообмена на обеих сторонах стенок трубы. Если коэффициенты теплоотдачи со стороны вспомогательной жидкости аззн гораздо больше о для рабочей жидкости, то 1,ж 1зн. При кипении (или конденсаций) вспомогательной жидкости обеспечивается граничное условие 1з = 1.=сопзй Для противоточной схемы можно приблизиться к граничному условию дн нпсопзй В большинстве же случаев тип граничных условий оказывается произвольныи и выясняется в процессе проведения экспериментов.
Средние значения. плотности теплового потока на участке трубы де = (ббй — 0пот) /(Уи)ЗЕ), (8. 75) где б н бй — расход и изменение энтальпии вспомогательной жидкости на участке бд.. При секцнонировании трубы с целью приближения к иестным характеристикам теплообмена возникают сложности с измерением бй. Для конденсирующегося насыщенного пара эту задачу можно свести к определению расходов конденсата 0н [Ц. Тепловые потоки в этом случае дс = (Внг — 0пнт)/(Уи(АЕ) (8 76) Рис, 8.29. Создание теплового потока с использованием вспомогательной жидкости. а — нсспецонзнне теялообыенз внутри трубы; б— псследоззяне тзпнообынпз прп внешнем обтекзннп тела. $8.3 Методы экспериментального исследования' тепло- и масгообмгна 423 При исследовании теплообмена в трубах в условиях охлаждения рабочей жидкости наиболее удобным оказывается метод толстостенной трубы (см.
п. 8.3.4), так как по этому методу можно измерять местные тепловые потоки дс при их больших йначенвях. Создание и измерение тепловых потоков для тел с внешним обтеканием производится яа основе тех же приемов, что и прв течении в трубах. Обогрев или охлаждение можно прова.
дить также с помощью тепловых труб [57, 58). Тепловая труба имеет герметичный корпус, на внутренней поверхности которого расположен капиллярно-пористый материал — фитиль, пропитанный жидкой фазой теплоносителя: Корпус выполняют обычно из круглой трубы (ио кмеются и плоские тепловые трубы). Тепловой поток подводят к участку корпуса на одном из концов тепловой трубы.
Внутри трубы иа этом участие теплоноситель испаряется, и его пары движутся по центральной части трубы к охлаждаемому участну, где они коиденсируютсв. Жидкая фаза по фитилю возвращается в зону испарении, Плотность теплового потока иа участке поверхности корпуса трубы зависит от размеров обогреваемого и охлаждаемого участков, и поэтому имеется возможность концентрировать тепловой поток иа одном из участков трубы.
Уровень рабочих температур зависит от выбранного для тепловой трубы теплоносителя. Имеются трубы для различных диапазонов температур: 0 — 200, 200 — 556 550 — '750 и выше 750 К. В качестве теплоносителей для высокотемпературных труб используются щелочные металлы. Для этик труб реализуются плотности теплового потока (в расчете иа поперечное сечение трубы) до 15 кВт/смх. Конструктивные особенности тепловых тр>б и области их применения рассмотрены в [58).
З.З.З. ЭЛЕКТРОННЫЙ ОБОГРЕВ Большие тепловые потоки, характерные дчя теплообмена при кипении жидких металлов, могут быть созданы с помощью электронного обогрева [60, 61) (рис. 8.30). Вблизи обогреваемой поверхности создают Рнс. 8.30. Создание теплового потока при электронном обогреве. у — тоховасды, н откачка нсадуха вакуумным насосом (ВНЫ у — нагрсаатальныа катод; 3 — фла- нга; 4 — обограаасман труба.
вакуумную полость, в которую помешают электрический нагреватель — катод. Между поверхностью теплообмена — анодом и катодом накладывают высокое напряжение (около нескольких киловольт). Электроны эмиссии от нагретого катода под влиянкем электрического поля приобретают кинетическую энергию, которая прн их торможении в тонком поверхностном слое анода преобразуется в тепловой поток. Тепловой по-, ток регулируется изменением анодного напряжения (7, и токоьг накала катода От нагретого катода дополнительно передается тепловой поток радиационным путем, Средняя иа поверхности Р, плотность теплового потока без учета потерь иа торцах у, = (ук(7, + 7„ (р„)урй, (8.77) где Д вЂ” анодиый ток; Ун — напряжение накала. Недостатком метода, ограничивающим возмоякности его применения, является необходимость работы с' высоковольтным напряжением.
При увеличении температуры обогреваемой поверхности, например при возникновении кризиса кипения, возможен электрический пробой. злл. Оп~еделение тепловых потоков по измеренным температурам в стенке ТРУБЫ Метод толстостенной трубы. По этому методУ в опытах должны быть измерены распределения температуры нз внутренней (Г,) и наружной (Г ",) поверхиостяха трубы, а также должны быть известны условия иа ее торцах (обычно торцы бывают теплоизолированнымн).
Для осесимметричного поля температуры достаточно измерений Г, и !с в одной диаметральной илоскости. По известному из опытов распределению температуры на границах теплопроводиой области находят решение'уравнения ЧГН=О и тем самым значения дс=Цду/дг)с. Наиболее просто решение можно получить методом электротепловой аналогии (см. п. 8.1.1). Аналогично может быть решена задача о распределении температуры в поперечном сечении трубы при несимметрич. ных граничных условиях по периметру, из вестных из опыта. В процессе электромоделироваиня выясняется возможность прйнятия с известной точностью поля температуры в поперечных сечениях трубы за одномерное, т. е. с изменением температуры только но радиусу без влияния осевых патонов теплоты.
Для одномерного поле температуры 1 )71 ус= (Гс Уо)/ ~ 1и — 1. (8.78) В реальных условиях коордикаты закладки спаез термопар известны неточно, и, кроме того, и измеренных значениях температуры особенно вблизи внутреыней иоверх- Равд. 8 Методы экспериментального изучены тепла- и массообмена 424 пасти, содержатся погрешности, связанные с нарушением однородности материала стенки трубы (см. п.
8.2.2). Поэтому значения др рассчитывают по формуле дс —— А (х; /) йд, (8.79) где А(х, 1) — теплопроводность стенки в рассматриваемых сечениях трубы при тем. пературе 1 (1," + 1,)/2; б/ — измеряемая разность температуры в,этнх сечениях. Значения А (к, г) находят и специальных опытах с известными значениями д, и в таких условиях, когда пале температуры в степке одномерно. Для этого через трубу вропускают жидкость с хорошо изученными закономерностями теплообмена (обычно используют воду при нормальных условиях). Прп а=сопз1 и дне -сопз1 яоле температуры в стенках трубы практически линейно вдоль трубы н осевыми растечками теплоты можно пренебречь. Поэтому значения др можно вычислить па д с учетом тепловых потерь.
Значения А(х, 7) находят по формуле (8.79). В случаях со сложными температурными полями метод может оказаться неприменимым. Так,' например, измеренные тем; пературы вблизи внутренней поверхи)юти одностороние обогреваемого канала (рис. 8,31) могут содержать неконтролируемые погрешности, связаиныес наругпением однородности поля температуры при закладке термопар, Провести предварительные измерения термических сопротивлений стенки .в этих условиях невозможно. В таких случаях приходится прибегать к определению значений д, иа внутреннем периметре канала по значениям теплового потока и температуры степки иа наружном периметре.
Приближенный метод решения этой некорректно поставленной задачи разработан и (12)..Решение ищут методом подбора с использованием се. точного электроиитегратара. Задаются вариантами распределения коэффициентов теплоатдачи на внутреннем периметре н соддоставепот значения температур, получаемые в решениях н измеренные в опытах. Ва-' риант с наименьшим расхождением принимают за решение задачи. По полю температуры в степке капала или же по получен. ным коэффициентам теплоотдачи н температурам на виутрвннем периыетре иычисляют значения плотности теплоиого потока. ' Рг СЗЛЗЮ Рис. 8.31. Распределение температуры в стенпах односторонне обогреваемого кана- ла. З.а.э. ТЕПЛОМЕРЫ И ДАТЧИКИ ТЕПЛОВЫХ потоков кз.з. определение тепловых потоков ПО НЗМЕРЕППЫМ ПОЛЯМ ТЕМПЕРАТУРЫ И СКОРОСТИ Тепловой поток на стенке может быть определен на основе измерений поля течпературы в жидкости (или газе) по выражению рс = 3 (д//а )„ (8.82) где )д — коэффициент теплопроводнасти жидкости; л — внешняя нормаль к поверхности.
Применение метода возможно лишь при измерении полей д с иысокой точностью (см. п. 8.2.1). При внешнем обтекании тел н при' тед чеиин в начальном участке трубы определение теплового потока на поэерхиости тепло- обмена можно производить на осноне измерений полей температуры н скорости, используя интегральные соотношения для пограничного слоя, Так, нрп течении газа с постоянной теялоемкостью дбт + дл 1 д Х Рдидср (/а,с /с) 1 Фид ид д/к (да.с — /с) дл Если заранее известно, что поле температуры одномерное, то для измерения теплового потока можно использовать телломеры, которые представляют собой слой (обычно плоский) из теплоизоляцноиного материала с заложенными в нем многоспайными дифференциальными, термопарами.
Выходной сигнал термрпары пропорционален плотности теплового потока 4 (или' значениям дг,), Характеристику тепломера находят в градудровочных опытах. Разновидностью тепломеров являются. датчики теалозого потока (69). Эти датчики могут применяться как для измерения д/ в теле или иа ега поверхности, так и для измерения значений падающих тепловых потоков прн раднэционаом теплообмене. При .совместном радиационно-канвективном теплаобмене для определения конвектнвиой д, и радиационной др составляющих плотности теплового потока прибегают к покрытию равных по площади участков поверхности датчиков пленками с различными коэффициентами поглщцения (например, позолота и графнтовая чернь).
Плотности тепловых потоков определяют по соотногпениям ди = (зздд — едуз)/(зз — ед); (8.80) др = (дз — уд)/(вз — в„), ' (8.81) где д/1 и дд — плотности теплового потока, измеренные иа разных участках датчиков; е, и ед — интегральные коэффициенты теплового излучения. Мгтадгн экспериментального исследования тепло- и массообмгна Х (гам — г,) + — — 1 6„(8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
