Устройство для сравнения коэффициентов конвективной теплоотдачи двух теплообменных поверхностей

Полезная модель относится к устройствам для сравнения коэффициентов конвективной теплоотдачи двух теплообменных поверхностей и может быть использована для вынесения количественных экспертных заключений об эффективности конвективной теплоотдачи различных теплообменных поверхностей, используемых в различных отраслях промышленности, а также в научно-исследовательской деятельности при изучении вопросов теплоотдачи. Полезная модель содержит газодинамический продувочный стенд, в состав которого 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, причем синхронное обдувание двух испытуемых образцов теплообменных поверхностей производится после их совместного термостатирования до температуры, которая выше (или ниже) температуры обдувающего воздуха. Новым является то, что на обеих поверхностях испытуемых образцов, параллельных вектору скорости набегающего потока, установлены измерители температуры указанных поверхностей, а сравнительное соотношение коэффициентов конвективной теплоотдачи испытуемых образцов вычисляется на основании двух последовательных и синхронных измерений температур обеих поверхностей каждого испытуемого образца при регулярном режиме их охлаждения (или нагрева). 1 н.п. ф-лы ПМ, 2 илл.

Полезная модель относится к устройствам для сравнения коэффициентов конвективной теплоотдачи двух теплообменных поверхностей и может быть использована для вынесения количественных экспертных заключений об эффективности конвективной теплоотдачи различных теплообменных поверхностей, используемых в различных отраслях промышленности, а также в научно-исследовательской деятельности при изучении вопросов теплоотдачи.

Известно устройство для сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи двух теплообменных поверхностей, включающее в себя газодинамический продувочный стенд, в состав которого 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 (патент на полезную модель 91623, F28F 1/10, 3/02, опубл. 20.02.2010 г., бюлл. 5).

К недостаткам данного устройства следует отнести недостаточно высокую точность сравнения коэффициентов теплоотдачи двух теплообменных поверхностей. Действительно, данное устройство позволяет сделать только качественную оценку сравнения коэффициентов теплоотдачи, т.е. позволяет определить, который из них больше, но не позволяет сделать количественную оценку и определить, во сколько раз один из коэффициентов теплоотдачи больше (или меньше) другого.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении точности сравнения коэффициентов конвективной теплоотдачи двух теплообменных поверхностей.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи двух теплообменных поверхностей, содержащем газодинамический продувочный стенд, в состав которого 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, причем синхронное обдувание двух испытуемых образцов теплообменных поверхностей производится после их совместного термостатирования до температуры, которая выше (или ниже) температуры обдувающего воздуха, новым является то, что на обеих поверхностях испытуемых образцов, параллельных вектору скорости набегающего потока, установлены измерители температуры указанных поверхностей, а сравнительное соотношение коэффициентов конвективной теплоотдачи испытуемых образцов вычисляется на основании двух последовательных и синхронных измерений температур обеих поверхностей каждого испытуемого образца при регулярном режиме их охлаждения (или нагрева).

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 - измеритель температуры поверхности; - вектор скорости набегающего потока воздуха; Т_1нч , Т_2нч - температуры начального термостатирования образцов за 1 и 2, соответственно (Т_1нч=Т_2нч); Т _нп - температура набегающего потока воздуха; Т_1н (), Т_1в(), Т_2н(), Т_2в() - графики охлаждения наружной и внутренней поверхностей образцов за 1 и 2, соответственно (Т_1нч=Т_2нч>Т _нп); - время; _1нр, _1вp, _2нр, _2вр - границы временных интервалов, после которых наступает регулярный режим охлаждения поверхностей образцов (О регулярном режиме - см. [Тепло- и массобмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник/ Под ред. В.А.Григорьева и В.М.Зорина. М.: Энергоиздат, 1982. 512 с. С.148]); _рег - временной интервал, при котором наступает регулярный режим охлаждения для обоих испытуемых образцов и внутри которого следует проводить два последовательных и синхронных измерения температуры обеих поверхностей каждого испытуемого образца.

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 теплообменных поверхностей 3, выполненных в виде прямоугольных параллелепипедов с одинаковыми габаритными размерами и из одного и того же материала, с односторонне нанесенными интенсификаторами теплообмена и установленные зеркально друг к другу и параллельно вектору скорости набегающего потока. Плоскости образцов 3, на которых нет интенсификаторов теплообмена, совместно с выборками в теле ячейки 2 образуют два герметичных и геометрически идентичных контрольных объема 4. На плоскостях испытуемых образцов 3, параллельных вектору скорости набегающего потока, установлены измерители температуры поверхности 5, подключенные к регистрирующим приборам (не показаны). Перед началом продувки испытуемые образцы 3 совместно термостатируются (возможно, совместно с ячейкой 2, в сборе) до температуры, которая выше (или 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 охлаждаться и охлаждать воздух в контрольных объемах 4 в соответствии с законами конвективного теплообмена и теплопроводности. После достижения обоими образцами состояния регулярного режима охлаждения (интервал времени _рег - см. фиг.2) производятся два последовательных и синхронных измерения температуры обеих поверхностей каждого испытуемого образца с помощью измерителей 5, на основании которых определяется численное сравнительное соотношение коэффициентов конвективной теплоотдачи испытуемых образцов 3.

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 точность сравнения коэффициентов конвективной теплоотдачи двух теплообменных поверхностей.

Кроме того, полная геометрическая идентичность наружных поверхностей испытуемых образцов в сочетании с условием Т_1нч=Т_2нч позволяет считать потери тепла от боковых поверхностей обоих испытуемых образцов практически одинаковыми, что позволяет в данном случае записать уравнение теплового баланса для каждого испытуемого образца следующим образом:

Q_к=Q_ио+Q_v ,

здесь: Q_к - количество теплоты, отданное воздушному потоку за счет конвективного теплообмена испытуемыми образцами за время между двумя последовательными измерениями температуры поверхностей измерителями 5;

Q_ио, Q _v - количество теплоты, затраченное на охлаждение металла испытуемого образца и воздуха в контрольном объеме 4, соответственно, за время .

Поскольку масса испытуемых образцов превышает массу воздуха в контрольном объеме более, чем в 10000 раз, то членом Q_v можно пренебречь. В этом случае сравнительное количественное соотношение коэффициентов конвективной теплоотдачи ₁/₂ для испытуемых образцов 1 и 2 может быть записано виде:

При этом учтено, что Т_1нч=Т _2нч, теплоемкости образцов равны (С₁=С₂ ), средние значения величин температур (,,,,,) вычислялись по их измеренным начальным и конечным значениям за время , а значения масс образцов (М) и площадей их конвективного теплообмена (F) являются известными до начала экспериментальных продувок.

Таким образом, заявленная полезная модель позволяет достаточно легко и с высокой точностью количественно сравнить коэффициенты конвективной теплоотдачи двух теплообменных поверхностей, используя минимальное количество измерений при эксперименте.

Устройство для сравнения коэффициентов конвективной теплоотдачи двух теплообменных поверхностей, содержащее газодинамический продувочный стенд, в состав которого 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, причем синхронное обдувание двух испытуемых образцов теплообменных поверхностей производится после их совместного термостатирования до температуры, которая выше (или ниже) температуры обдувающего воздуха, отличающееся тем, что на обеих поверхностях испытуемых образцов, параллельных вектору скорости набегающего потока, установлены измерители температуры указанных поверхностей, а сравнительное соотношение коэффициентов конвективной теплоотдачи испытуемых образцов вычисляется на основании двух последовательных и синхронных измерений температур обеих поверхностей каждого испытуемого образца при регулярном режиме их охлаждения (или нагрева).