Устройство для сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи двух теплообменных поверхностей

Полезная модель относится к устройствам для сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи двух теплообменных поверхностей и может быть использована для вынесения экспертных заключений об эффективности теплообменных поверхностей, используемых в различных энергетических устройствах и системах, а также в научно-исследовательской деятельности при изучении вопросов теплообмена. Заявленное устройство содержит газодинамический продувочный стенд, в котором последоваетльно устанавливаются два образца теплообменных поверхностей. Новым является то, что в его состав введена ячейка с минимальным аэродинамическим сопротивлением позволяющая одновременно и герметично устанавливать два испытуемых образца теплообменных поверхностей с одинаковыми габаритными размерами зеркально друг к другу и параллельно вектору скорости набегающего потока с образованием двух герметичных и геометрически идентичных контрольных объемов, полости которых соединены с измерительными полостями дифференциального манометра, причем синхронное обдувание двух испытуемых образцов теплообменных поверхностей производится после их совместного термостатирования до температуры, которая ниже (или выше) температуры обдувающего воздуха, а вывод о том, интегральный коэффициент теплоотдачи какого из испытуемых образцов выше, делается на основании показаний дифференциального манометра. 2 н.п. ф-лы ПМ, 2 илл.

Полезная модель относится к устройствам для сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи двух теплообменных поверхностей и может быть использована для вынесения экспериментальных заключений об эффективности теплообменных поверхностей, используемых в различных энергетических устройствах и системах, а также в научно-исследовательской деятельности при изучении вопросов теплообмена.

Известно устройство для сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи, включающее в себя газодинамический продувочный стенд, в котором устанавливается образец теплообменной поверхности, снабженный встроенной системой нагрева и измерителями температуры поверхности, расположенными в ее характерных точках, причем величина интегрального коэффициента теплоотдачи определяется по полуэмпирическим зависимостям, связывающим измеренные температуры поверхности с локальными коэффициентами теплоотдачи, а сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи двух теплообменных поверхностей производится по результатам двух последовательных продувок (Гортышов Ю.Ф., Попов И.А., Олимпиев В.В., Щелчков А.В., Каськов С.И. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов инетенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования. Казань, Изд-во Центр инновационных технологий, 2009 г. 530 с. В разделе: экспериментальное исследование гидродинамики и теплообмена в каналах со сферическими выемками, с.256-265).

К недостаткам данного устройства необходимо отнести следующее. Во-первых, недостаточно высокую производительность, поскольку необходимо проводить минимум по одной продувке каждого образца теплообменной поверхности. Во-вторых, недостаточно высокую степень надежности поддержания теплофизических режимных параметров при продувке, например, условия постоянства температуры поверхности обдуваемого образца теплообменной поверхности с нанесенными на ней интенсификаторами теплообмена (например, кавернами). Это происходит из-за того, что в любом поперечном сечении такого образца теплообменной поверхности имеются участки с различной толщиной металла и, как следствие, они имеют различное электрическое сопротивление и нагреваются до различной температуры. Изначально недостаточно точное поддержание условия постоянства температуры приводит к получению недостаточно достоверных экспериментальных данных. В-третьих, недостаточно высокая достоверность определения интегральных коэффициентов теплоотдачи вследствие необходимости использования недостаточно точных полуэмпирических зависимостей и допущений, что обусловлено очень большой сложностью газодинамических и теплообменных процессов, протекающих при обтекании потоком воздуха теплообменных поверхностей с интенсификаторами-кавернами.

В целом необходимо отметить, что устройство-прототип имеет недостаточно высокую производительность и недостаточно высокую достоверность результатов сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи двух теплообменных поверхностей, особенно в том случае, когда их численные значения мало отличаются.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении производительности работ и в повышении достоверности результатов сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи двух теплообменных поверхностей.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи, содержащем газодинамический продувочный стенд, в котором последовательно устанавливаются два образца теплообменных поверхностей, новым является то, что в его состав введена ячейка с минимальным аэродинамическим сопротивлением, позволяющая одновременно и герметично устанавливать два испытуемых образца теплообменных поверхностей с одинаковыми габаритными размерами зеркально друг к другу и параллельно вектору скорости набегающего потока с образованием двух герметичных и геометрически идентичных контрольных объемов, полости которых соединены с измерительными полостями дифференциального манометра, причем синхронное обдувание двух испытуемых образцов теплообменных поверхностей производится после их совместного термостатирования до температуры, которая ниже температуры обдувающего воздуха, а вывод о том, что интегральный коэффициент теплоотдачи какого из испытуемых образцов выше, делается на основании показаний дифференциального манометра.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется на фиг.1 и 2, где:

Фиг.1 - разрез заявляемой полезной модели;

Фиг.2 - обобщенная временная диаграмма ее работы.

1 - газодинамический продувочный стенд; 2 - ячейка; 3 - испытуемый образец теплообменной поверхности; 4 - контрольный объем; 5 - единичный интенсификатор теплообмена; - вектор скорости набегающего потока воздуха; Т - температура, Т_нп - температура набегающего потока воздуха; Т _нач - начальная температура поверхности образцов поз.3; ₁, ₂ - интегральные коэффициенты теплоотдачи испытуемых образцов 3 за 1 и 2 (₁, >₂); Р - перепад давления по показаниям дифференциального манометра; - время.

Заявляемая полезная модель содержит газодинамический продувочный стенд 1, создающий набегающий поток воздуха со скоростью , ячейку 2 с минимальным аэродинамическим сопротивлением, полностью симметричную относительно вектора , которая крепится к боковым стенкам газодинамического продувочного стенда 1, два испытуемых образца теплообменник поверхностей 3, выполненных в виде прямоугольных параллелепипедов с одинаковыми габаритными размерами и из одного и того же материала, с односторонне нанесенными интенсификаторами теплообмена 5 и установленные зеркально друг к другу и параллельно вектору скорости набегающего потока. Плоскости образцов 3, на которых нет интенсификаторов теплообмена 5, совместно с выборками в теле ячейки 2 образуют два герметичных и геометрически идентичных контрольных объема 4, полости которых соединены с измерительными полостями дифференциального манометра. Перед началом продувки испытуемые образцы 3 совместно термостатируются (возможно совместно с ячейкой 2, в сборе) до температуры, которая ниже температуры обдувающего воздуха.

Заявляемая полезная модель работает следующим образом. Набегающий воздушный поток обтекает испытуемые образцы теплообменных поверхностей 3, которые находятся в совершенно одинаковых геометрических и термогазодинамических условиях, и эти поверхности начинают нагреваться и нагревать воздух в контрольных объемах 4 в соответствии с законами конвективного теплообмена и теплопроводности, причем в герметичных объемах 4 рост температуры ведет к линейному возрастанию давления, а также перепада давлений по показаниям дифференциального манометра. Тот испытуемый образец 3, величина которого больше, соответственно, быстрее и нагревается, т.е. к измерительной полости дифманометра с большим давлением однозначно подключен испытуемый образец 3 с большей величиной интегрального коэффициента теплоотдачи (см. фиг.2).

Необходимо отметить, что синхронный обдув обоих испытуемых образцов теплообменных поверхностей в сочетании с полной геометрической идентичностью обеих половин ячейки в сборе относительно горизонтальной оси симметрии газодинамического продувочного стенда создает уникальную возможность избежать множества методических ошибок, вызванных раздельными продувками испытуемых образцов и недостаточно высокой точностью используемых формул, что, безусловно, повышает достоверность результатов экспериментов и производительность экспериментальных работ.

Кроме того, заявленная полезная модель работоспособна и в том случае, если испытуемые образцы совместно термостатируются до температуры, которая выше температуры обдувающего воздуха. Однако в этом случае испытуемый образец с большей величиной интегрального коэффициента теплоотдачи однозначно подключен к измерительной полости дифманометра с меньшим давлением.

1. Устройство для сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи двух теплообменных поверхностей, содержащее газодинамический продувочный стенд, в котором последовательно устанавливаются два образца теплообменных поверхностей, отличающееся тем, что в его состав введена ячейка с минимальным аэродинамическим сопротивлением, позволяющая одновременно и герметично устанавливать два испытуемых образца теплообменных поверхностей с одинаковыми габаритными размерами зеркально друг к другу и параллельно вектору скорости набегающего потока с образованием двух герметичных и геометрически идентичных контрольных объемов, полости которых соединены с измерительными полостями дифференциального манометра, причем синхронное обдувание двух испытуемых образцов теплообменных поверхностей производится после их совместного термостатирования до температуры, которая ниже температуры обдувающего воздуха, а вывод о том, интегральный коэффициент теплоотдачи какого из испытуемых образцов выше, делается на основании показаний дифференциального манометра.

2. Устройство для сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи двух теплообменных поверхностей по п.1, отличающееся тем, что совместное термостатирование двух испытуемых образцов производится до температуры, которая выше температуры обдувающего воздуха.