Григорьев В.А., Зорина В.М. - Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник (1982) (1062114), страница 132
Текст из файла (страница 132)
48) При такой конфигурации образца становится возможным создать одномерное температурное поле и достаточно точно измерить разности температур, а также точно измерить расстояние между изотермическими плоскостями 1. Основные недостатки метода — создание одномерного осевого теплового потока и его измерение. Зашита цилиндрического образца от боковых тепловых потерь может быть осуществлена с помощью охранного цилиндра, в котором создается температурное поле, по- Рис.
9.33. Принципиальная схема установки с использованием электронного обогрева. ! — торцезой катод: ! — экрэлкрующее кольцо; 3 — системе лодзеее.образца; б — зешлткый экрей системы оолэеел; б — зетлдкклтрокоый экрек: б — образец; 7 — кетол бокового нагрева;  — «орцуе устэаоэкк. Методы изучения транспортных свойств веществ вторяющее поле образца [52). На рис. 9.32 изображена схема установки, основанная на этом йрийципе.
Несмотря нй защиту образца полностью исключить потери не удается и в расчетную формулу необходимо внести поправки [5Ц. В [521 этот метод был применен при температурах до 1300 К, а в [5Ц вЂ” до 3300 К. В последнем случае вместо традиционного нагрева за счет джоулева тепловыделения использовался электронный нагрев [5Ц, Схема установки для этого случая изобра. жена на рис.
9.33. Температуру в нескольких сечениях образца измеряют оптическим пирометром, визируемым в отверстия, показанные на образце 6. Образец представ. ляет собой цилиндр диаметром 8 — 12 мм и длиной 50 — 70 мм. Погрешность эксперимента составляет 10 †""я при 2500— 3000 К. Теплопроводиость жидкостей. Для исследования теплопроводности жидкостей используют некоторые методы, применимые для твердых тел, и ряд специфических методов. В литературе имеется ряд обзоров. посвященных исследованию теплопроводности жидкостей [43, 53[. Метод плоского слоя. Аналогичен методу исследования твердых тел. Основная сложность в применении его к жидкостям состоит в возможности появления конвективного переноса теплоты при создании разности температур в слое исследуемой жидкости.
Для устранения этого явления градиент температур должен быть направлен вдоль поля гравитации [нагретая поверхность расположена сверху), а изотермические поверхности должны быть горизонтальны. То же относится и к методу продольного теплового потока. В случае жидкостей тепловой поток создается вдоль трубки, заполненной исследуемой жидкостью.
При определении теплового потока следует учитывать часть, текущую,по трубке. Ыгтод коаксиольных цилиндров. Исследуемая жидкость заполняет цилиндрический слой, образованный двумя расположенными коаксиально цилиндрами. Один из цилиндров, чаще всего внутренний, является нагревателем [рис. 9.34). Рис. 9.34. Схема измерительной ячейки, аыполневной по методу кааксиальных цилиндров. Во внутреннем цилиндре ! расположен основной нагреватель б, создающий тепло-. вой поток О.
Слой исследуемого вещества 5 ограничивается цилиндром 1 с наружным диаметром дь цилиндром 2 с внутренним диаметром й и корпусом 7, Разность температур измеряется термоварами 9. Для устранения тепловых потерь с торцов измерительных цилиндров оии защищены цилиндрами 8 с охранными нагревателями 4 и 8, Вся измерительная ячейка замещается в корпус 7, выдерживающий полное давление исследуемого вещества в опыте. Температура опыта поддерживается отдельным термостатом, в который помещается ячейка.
С целью подавления конвекции цилиндрический слой должен иметь малую толщину, обычво доли миллиметра, Коэффициент теплопроводности по результатам опыта рассчитывают по формуле 1п[йз/йт) 19.49) г 1 где 1 — длина образующей внутреннего цилиндра; 71, Т~ — температуры внутренней и наружной поверхностей слоя исследуемой жидкости. Дополнительные подробности, относящиеся к методу коаксиальных цилиндров, можно найти в [55). Уменьшение торцевых потерь в методе коаксиальных цилиндров достигается за счет увеличения отношения 1)й, где 1 — длина цилиндра, й — его диаметр.
Метод нагретой проволоки. В этом методе отношение Дй увеличивается за счст уменьшения й. Внутренний цилиндр заменяется тонкой проволокой, являющейся одновременно нагревателем и термометром сопротивления, причем легко достигаются отношения порядка сотен и тысяч, в та время как при методе коаксиальных цилиндров это отношение составляет несколько единиц В результате относительной простоты конструкции и детальной разработки теории метода он стал одиям из наиболее совершенных и точных.
В практике эксперимен. тальных исследований теплоправодности жидкостей и газов он занимает ведущее место. Рнс 9.35. Схема измерительной ячейки, выполненной по методу нагретой проволоки. Энспврвментальнов определение теплофизичвснил свойств Равд. 9 На рнс. 9.85 приведены принципиальная схема измерительной ячейки и распределение температуры вдоль проволоки. В трубке ! диаметром й~ расположены исследуемое вещество 5 и измерительная проволока 4 диаметром дз, нагреваемая, электрическим током /, подаодимым через токовводы 2.
Тепловую мощность, выделяемую н проволоке на длине /лз, измеряют по току и падению напряжения (/лз с использованием потенциальных отводов д. Температуру проволоки определяют по ее сопротивлению. Температуру наружной стенки Т, измеряют термометром сопротивления б. При условии, что весь тепловой поток от участка АВ распространяется радиально и разность температур Т» — Т1 невелика, так что в этих пределах можно считать Л =- =сопз1, коэффициент теплопроводности изучаемого вещества !п (йз/йт) /(/лн Л = . (9.50) 2Я/ли Т Т Одним из источников погрешностей в описываемом методе являются утечки теплоты через токовводы. Поправки на зти утечки определяют либо расчетным путем [56], либо экспериментально путем проведения опытов на двух одинаковых измерительных ячейках, отлнчаюпгихся только длиной рабочего участка проволоки. На коэффициент теплопроводностн, измеренный в трубках малого диаметра, может оказать заметное влияние эксцентричное расположение измерительной проволоки.
Если эксцентриситет з поддается измерению, то соответствующую поправку можно внести расчетным путем, Если же е неизвестно, то метод следует использовать как относительный, проводя предварительно опыты с жидкостями, теплопроводность которых хорошо известна. Если наружная трубка изготовлена из материалов с малой теплопроводнастью, то в стенках трубки может возникнуть заметныв перепад температуры, что потребует внесения соответствующей поправки, так как температура трубки обычно измеряется на ее наружной поверхности. С целью устранения этой поправки наружную трубку иногда делают ыеталлической и используют как термометр сопротивления [57]; во время опытов необходимо принимать меры, исключающие появление заметной конвекции.
Эти меры сводятся к уменьшению диаметра трубки А и снижению разности температур ЬТ, однако и то и другое ведет к увеличению погрешности. В тщательно поставленных опытах погрешность намерения не превосходит ! Тв. Прн расчете параметров установки обычно стремятся для устранения ощутимой конзекции обеспечить выполнение условия О«Рг( !000 (см. равд. 2), но полной гарантии выцолнснне этого условия ие дает.
Экспериментально отсутствие влияния конвекцни определяют путем некоторого варьи- ровання перепада температур ЬТ. Если уве- личение ЬТ не приводит к увеличению вы- чнсляемой теплопроводности, можно счи- тать, что конвекция пренебрежимо мала. Метод шара. Находит применение в практике исследований теплопроводности жидкостей и сыпучих твердых тел, Иссле- дуемому веществу придают форму сфери- ческога слоя, что позволяет, в принципе, ис- ключить неконтролируемые утечки теплоты. В техническом отношении этот метод сло- зкен [58]. Особенности исследования теплопро- водностн газов.
Некоторые из рассмотрен- ных выше методов, в частности метод на- гретой проволоки, применимы при исследо- вании теплопроводности газов как в сжа- том, так и в разреженном состоянии. При исследовании теплопроводностн газов становится актуальной еще один вид поправки — поправка нз передачу теплоты излучением ог нагретой поверхности. Сле- дует отметить, что эта поправка необходима и пря исследовании прозрачных и полупро- зрачных твердых и жидких тел, В этом слу- чае в среде наряду с коядуктивной сущест- вует передача теплоты излучением и переиз- лучением в самой среде. Внесение поправки па перензлучение достаточно сложно. Для простейшего случая «серого» переизлучения количественные соотношения для внесения поправок приведены а [51, 67].
В слоях га- за небольшой оптической толщины погло- пгение излучения практически не происходит, В этом случае поправка на излучение сво- дится талька к учету лучистого теплообмена между твердыми стенками, ограничивающи- ми слой газа. Тепловой поток, теряемый нагретой поверхностью, (]=О,+(]„, где Оь — тепловой поток, передаваемый теп- лопроводностью; (1„„ — тепловой поток, те- ряемый излучением: аяза —— ао еер Р [(Тт/100)«в — (Т /100)']; (9.51) здесь аз — постоянная Стефана — Больцма- на; еир — приведенный коэффициент тепло- вого излучения, являющийся функцией ко- эффицнентов теплового излучения излучаю- щей (а,) и поглощающей (ез) поверхностей и их геометрии. Наиболее точно поправка на излучение может быть определена, если а,р найден экспериментально непосредственно в изме- рительной ячейке.
Во избежание ошибок не следует, пользоваться табличными значе. пнями. Прн исследовании теплопроводности разреженных газов (давление менее О,! МПа), когда средняя длина свободного пробега молекул становится соизмернмок с толщиной слоя исследуемого газа, возникает явление температурного скачка вблизи по- верхностей. Особенно ощутим температур- ный скачок при измерении с помощью ме- тода нагретой проволоки, $9.5 Методьг изучения транспортных свойств веществ При наличии температурного скачка пеРепад температуры а слое исследуемого газа ЛТ, нельзя отождествлять с разностью между температурами ограничивающих его твердых поверхностей ЛТнзн. 'г!з теории переноса теплоты в разреженяых газах (56] следует, что Тз Тг = АТизьг =' ЬТг+ В!р (9 52) где  — некоторая величина, зависящая от геометрии ячеики, природы газа и стенки и не зависящая от давления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
