Спосіб визначення коефіцієнта тепловіддачі за умов конвективного теплообміну органічної суміші

Є ще 12 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Спосіб визначення коефіцієнта тепловіддачі за умов конвективного теплообміну органічної суміші, що включає вимірювання температури теплоносіїв, причому вимірюють масу грійного теплоносія та суміші, а температуру грійного теплоносія та суміші вимірюють через проміжки часу і визначають експериментальний коефіцієнт конвективної тепловіддачі в базовому режимі теплообміну  при температурі суміші tc, яка відповідає шуканим режимам, а комплекс фізичних властивостей для базового режиму теплообміну визначають за залежністю, яка визначається з врахуванням напряму теплообміну

де А - коефіцієнт, що враховує всі параметри, які входять в критеріальне рівняння для базового режиму теплообміну, окрім теплофізичних властивостей,  - поправка на напрямок теплообміну в суміші в базовому режимі, а експериментально-розрахунковий шуканий коефіцієнт тепловіддачі  визначають за структурованим критеріальним рівнянням

де  - поправка на напрямок теплообміну в суміші в шуканому режимі;

, де tc - температура стінки теплообмінної поверхні, °С;

t0 - при вимушеній течії - температура рідини на вході в трубу, при вільному русі - температура рідини за межами шару, що рухається, °С;

w - визначальна швидкість, м/с;

 - визначальний розмір, м;

 - прискорення вільного падіння, м/с2;

Рrр - критерій Прандтля за температури рідини (суміші);

Рrст - критерій Прандтля за температури стінки;

μр - динамічна в′язкість за температури рідини;

μст - динамічна в′язкість за температури стінки;

С - константа, що залежить від режиму теплообміну;

m, n1, n2, n3, n4 - показники степеня;

з врахуванням комплексу фізичних властивостей, що відповідає шуканому режиму теплообміну , який визначають за допомогою функції перетворення ПТФВ, а значення поправок на напрямок теплообміну в базовому режимі розраховують методом послідовних наближень, який відрізняється тим, що коефіцієнт А розраховують за формулою , де Н - висота поверхні теплообміну, оцінюють реальні теплофізичні властивості органічної суміші і проводять серію базових експериментів, із яких визначають залежність комплексу фізичних властивостей , середньої теплоємності , середньої густини  від середньої температури органічної суміші , коефіцієнт температурного розширення  в заданому діапазоні температур суміші, причому проводиться додатковий експеримент по визначенню кінематичної в'язкості органічної суміші при температурі навколишнього середовища або близької , a закономірність зміни в'язкості органічної суміші  від температури та значення середньої в заданому діапазоні температур суміші теплопровідності  визначається з врахуванням залежності , значення поправок на напрямок теплообміну в базових умовах розраховують за допомогою теплофізичних властивостей частково-модельної рідини, причому вибір частково-модельної рідини із бази даних та її теплофізичних параметрів із довідника здійснюють з урахуванням температур tc і t0, залежності  та графічних залежностей критерію Прандтля від розрахункового комплексу фізичних властивостей  для частково-модельних рідин, а функцію перетворення ПТФВ за умовами теплообміну розраховують з використанням оцінок реальних теплофізичних властивостей органічної суміші.

Текст

Реферат: Винахід належить до галузі теплофізичних вимірювань і може бути використаний для оцінки теплофізичних властивостей та визначення коефіцієнтів тепловіддачі багатокомпонентних, багатофазних рідин та сумішей органічного походження. Спосіб визначення коефіцієнта тепловіддачі за умов конвективного теплообміну органічної суміші полягає в тому, що вимірюють температури теплоносіїв, визначають експериментальний коефіцієнт конвективної тепловіддачі в базовому режимі теплообміну  баз при температурі суміші tc, яка відповідає експ шуканим режимам, а комплекс фізичних властивостей для базового режиму теплообміну визначають за залежністю, яка визначається з врахуванням напряму теплообміну, експериментально-розрахунковий шуканий коефіцієнт тепловіддачі  шук визначають за ер структурованим критеріальним рівнянням. Проводять серію вимірювань та експериментально визначають залежності комплексу фізичних властивостей, середньої теплоємності, середньої густини від середньої температури органічної суміші, коефіцієнт температурного розширення в даному діапазоні температур, причому проводять додатковий експеримент по визначенню кінематичної в'язкості органічної суміші при температурі навколишнього середовища або близької, а закономірність зміни в'язкості органічної суміші від температури та середньої в заданому діапазоні температур теплопровідності визначається з врахуванням залежності  баз  f t . Значення поправок на напрямок теплообміну в базовому і шуканому режимах експ розраховують за допомогою теплофізичних властивостей частково-модельної рідини. Вибір частково-модельної рідини та її теплофізичних параметрів здійснюють з урахуванням температур, залежності  баз  f t та графічних залежностей критерію Прандтля від експ розрахункового комплексу фізичних властивостей для частково-модельних рідин. Функцію перетворення ПТФВ та умови і режим теплообміну визначають з використанням реальних   UA 105399 C2 (12) UA 105399 C2 теплофізичних властивостей органічної суміші. Винахід забезпечує значне зменшення похибки визначення  шук , підвищення ефективності способу та зменшення матеріалоємності ер теплообмінного обладнання. UA 105399 C2 5 10 Винахід належить до області теплофізичних вимірювань і може бути використаний для оцінки теплофізичних властивостей та визначення коефіцієнтів тепловіддачі до багатокомпонентних, багатофазних рідин та сумішей органічного походження, що використовуються як сировина в харчовій, переробній промисловості, в системах біоконверсії, біоенергетики. Відомим є спосіб визначення коефіцієнта тепловіддачі за умов конвективного теплообміну органічної суміші [Патент на корисну модель України № 24616, кл. G01N25/18. заявл. 05.02.2007.: опубл. 10.07.2007., Бюл. №10], який полягає у вимірюванні температури теплоносіїв, вимірюванні маси грійного теплоносія та суміші, а температуру грійного теплоносія та суміші вимірюють через проміжки часу і визначають експериментальний коефіцієнт  баз конвективної тепловіддачі в базовому режимі теплообміну експ при температурі суміші tc і температурному напорі між грійною стінкою і сумішшю Δt, які відповідають шуканим режимам, а комплекс фізичних властивостей (КФВ) для базового режиму теплообміну визначають за залежністю 15 20 баз експ  , (1) де А - коефіцієнт, що враховує всі параметри, які входять в критеріальне рівняння для базового режиму теплообміну, окрім теплофізичних властивостей, а з використанням критеріальних рівнянь, які відповідають шуканому режиму теплообміну, і значень комплексу фізичних властивостей для базового режиму розраховують комплекс фізичних властивостей,  баз  експ що відповідає розрахунковий режиму теплообміну КФВ шу к , експ коефіцієнт тепловіддачі шу к ер шуканому шуканий причому визначають експериментальноза структурованим КФВ шу к . експ 25 30 35 критеріальним рівнянням з врахуванням Недоліком відомого способу є те, що забезпечення одночасної відповідності tc і Δt в базових і шуканих умовах практично неможливе, так як при дотриманні рівності tc в обох режимах спостерігається розбіжність значень Δt, і навпаки, при досягненні рівності Δt, tc в базових і 0,25 шуканих умовах неоднакове, і, внаслідок цього, допущення, що значення поправки (Рrр/Рrст) однакове в базових і шуканих умовах теплообміну недостатньо точне. Крім того, не подано обґрунтування вибору модельної рідини та її теплофізичних параметрів для визначення поправки на теплофізичні властивості суміші ПТФВ, що призводить до похибки при визначенні шу к ер . Найбільш близьким по суті є спосіб визначення коефіцієнта тепловіддачі за умов конвективного теплообміну органічної суміші [Патент на винахід України № 97021, кл. G01N25/18(2006.01). заявл. 11.05.2010.: опубл. 26.12.2011., Бюл. №24], який включає вимірювання температури теплоносіїв, причому вимірюють масу грійного теплоносія та суміші, а температуру грійного теплоносія та суміші вимірюють через проміжки часу і визначають  баз експериментальний коефіцієнт конвективної тепловіддачі в базовому режимі теплообміну експ при температурі суміші tc, яка відповідає шуканим режимам, а комплекс фізичних властивостей для базового режиму теплообміну визначають за залежністю, яка визначається з врахуванням напряму теплообміну  баз  експ 40 баз експ ,    m (2) б   0,54  g  t 0,25  0,25 де - коефіцієнт, що враховує всі параметри, які входять в критеріальне рівняння для базового режиму теплообміну, окрім теплофізичних властивостей,  m  rp / rcт m  p / cт m б б б - поправка на напрямок теплообміну в суміші в базовому режимі, 45 а експериментально - розрахунковий шуканий коефіцієнт тепловіддачі структурованим критеріальним рівнянням 1  шук ер визначають за UA 105399 C2   шу к  C  gn1   ТФВ  КВФбаз w n2  ln3 tn 4   m , ер експ     КВФ     m де режимі; 5 10 15   rp / rcт  m шук експ    p /  cт  (3) m - поправка на напрямок теплообміну в суміші в шуканому t  t c  t 0  , де t - температура стінки теплообмінної поверхні, °C, t - при вимушеній течії c 0 температура рідини на вході в трубу, при вільному русі - температура рідини за межами шару, що рухається, °C; w - визначальна швидкість, м/с; l - визначальний розмір, м; 2 g - прискорення вільного падіння, м/с ; Рrр - критерій Прандтля за температури рідини (суміші); Рrст - критерій Прандтля за температури стінки; С - константа, що залежить від режиму теплообміну; n1, n2, n3, n4 - показники степеня; з врахуванням комплексу фізичних властивостей, що шу к відповідає шуканому режиму теплообміну КФВ експ , який визначають за допомогою функції перетворення ПТФВ, причому вибір модельної рідини та її теплофізичних параметрів здійснюють баз 20 25 30 35 40 45 з урахуванням  експ та tc, а значення поправок на напрямок теплообміну в базовому режимі розраховують методом послідовних наближень за допомогою теплофізичних властивостей модельної рідини, приймаючи в першому наближенні модельною рідиною воду, та значення ПТФВ і значення поправок на напрямок теплообміну в шуканому режимі розраховують з використанням теплофізичних властивостей модельної рідини. Основним недоліком відомого способу є те, що значення функції перетворення ПТФВ і значення поправок на напрямок теплообміну в шуканих умовах розраховують з використанням теплофізичних властивостей модельної рідини. Крім того, в способі не передбачено оцінка таких теплофізичних властивостей для даної органічної суміші, як в'язкість ν та теплопровідність λ, та визначення залежності зміни їх від температури і, внаслідок цього, умови і теплообміну визначаються гіпотетично, що призводить до похибки при виборі структурованого критеріального рівняння шу к ер теплообміну для шуканих умов, значної похибки визначенні та проектування неефективного теплотехнологічного обладнання. В основу винаходу поставлено задачу створення способу визначення коефіцієнта тепловіддачі за умов конвективного теплообміну органічної суміші, в якому за рахунок дослідження в комплексі теплофізичних властивостей органічної суміші та визначення функції перетворення ПТФВ з використанням оцінки реальних фізичних властивостей органічної суміші, досягається можливість оцінки теплофізичних властивостей для даної органічної суміші, визначення залежності зміни їх від температури, підвищення надійності визначення умов теплообміну і границь режимів руху для шуканих умов, що призводить до значного зменшення шу к ер , підвищення ефективності та зменшення матеріаломісткості похибки визначення теплообмінного обладнання. Поставлена задача вирішується способом визначення коефіцієнта тепловіддачі за умов конвективного теплообміну органічної суміші, що включає вимірювання температури теплоносіїв, причому вимірюють масу грійного теплоносія та суміші, а температуру грійного теплоносія та суміші вимірюють через проміжки часу і визначають експериментальний баз коефіцієнт конвективної тепловіддачі в базовому режимі теплообміну експ при температурі суміші tc, яка відповідає шуканим режимам, а комплекс фізичних властивостей для базового режиму теплообміну визначають за залежністю, яка визначається з врахуванням напряму теплообміну  баз  експ баз експ ,    m б де А - коефіцієнт, що враховує всі параметри, які входять в критеріальне рівняння для базового режиму теплообміну, окрім теплофізичних властивостей, 2 UA 105399 C2  m  rp / rcт m  p / cт m б б б - поправка на напрямок теплообміну в суміші в базовому режимі, а експериментально - розрахунковий шуканий коефіцієнт тепловіддачі за структурованим критеріальним рівнянням   шук ер визначають  шу к  C  gn1   ТФВ  КВФбаз w n2  ln3 tn 4   m, ер експ     КВФ 5 10 15 20  шук експ     m  rp / rcт m  p / cт m де - поправка на напрямок теплообміну в суміші в шуканому режимі; t  t c  t 0  , де t - температура стінки теплообмінної поверхні, °C, t - при вимушеній течії c 0 температура рідини на вході в трубу, при вільному русі - температура рідини за межами шару, що рухається, °C; w - визначальна швидкість, м/с; l - визначальний розмір, м; 2 g - прискорення вільного падіння, м/с ; Рrр - критерій Прандтля за температури рідини (суміші); Рrст - критерій Прандтля за температури стінки; µр - динамічна в'язкість за температури рідини (суміші); µст - динамічна в'язкість за температури стінки; С - константа, що залежить від умов теплообміну; m, n1, n2, n3, n4 - показники степеня; з врахуванням комплексу фізичних властивостей, що шу к відповідає шуканому режиму теплообміну КФВ експ , який визначають за допомогою функції перетворення ПТФВ, а значення поправок на напрямок теплообміну в базовому режимі розраховують методом послідовних наближень, коефіцієнт А розраховують за формулою   C  g  t 0,25 /  0,25 , де Н - висота поверхні теплообміну, оцінюють реальні теплофізичні властивості органічної суміші і проводять серію базових експериментів, із яких визначають   баз залежність комплексу фізичних властивостей  експ t , середньої теплоємності Cp експ t , 25 середньої густини  експ t , від середньої температури органічної суміші  t , коефіцієнт (t ) експ температурного розширення в заданому діапазоні температур суміші, причому проводиться додатковий експеримент по визначенню кінематичної в'язкості органічної суміші при температурі навколишнього середовища або близької 0 t0,н.с.  , а закономірність зміни  в'язкості органічної суміші  t від температури та значення середньої в заданому діапазоні 30  експ температур суміші теплопровідності t  визначається з врахуванням залежності значення поправок на напрямок теплообміну в базових умовах розраховують за допомогою теплофізичних властивостей "частково-модельної рідини", причому вибір "частково-модельної рідини" із бази даних та її теплофізичних параметрів із довідника здійснюють з урахуванням  баз  f t  баз температур tc і t0, залежності  експ  f t та графічних залежностей критерію Прандтля від 35  розр 40 45   розр rчм  f  б чм розрахункового комплексу фізичних властивостей для "частковомодельних рідин", а функцію перетворення ПТФВ за умовами теплообміну розраховують з використанням оцінок реальних теплофізичних властивостей. На фіг. 1 представлено залежності критерію Прандтля від розрахункового комплексу розр розр  б  б фізичних властивостей  б в діапазоні =10…100, на фіг.2 - в діапазоні =1…300 для різних "частково-модельних рідин": 1 - яблучний сік, концентрація с=70 %; 2 яблучний сік, с=60 %; 3 - машинне масло; 4 - мазут; 5 - томатний сік, с=10 %; 6 трансформаторне масло; 7 - масло МС-20; 8 - гліцерин, с = 100 %; 9 - соняшникова олія; 10 цукровий розчин, с = 70 %;11, 12, 13 - гліцеринова вода с = 90 %; 85 %; 80 %. На фіг. 3 представлено залежність густини від температури: 1, 2 - соняшникова олія технічна, вимірювання за допомогою ареометра; 3 - гліцерин-сирець, 4 -гліцерин-дистилят, вимірювання методом зважування. На фіг.4. наведено графік зміни температури теплоносіїв в процесі 3 UA 105399 C2 5 базового експерименту, один дослід: 1 - холодний теплоносій, органічна суміш; 2 - гарячий теплоносій, вода. На фіг. 5. подано приклад експериментальної залежності середньої теплоємності від температури: а) гліцерин-дистилят; б) гліцерин-сирець. На фіг. 6. представлено залежність експериментального базового коефіцієнту тепловіддачі від стінки до суміші від температури суміші: а) гліцерин-дистилят; б) гліцерин-сирець. На фіг. 7. наведено  баз  експ = f t для гліцерину-дистиляту: 1 - експериментальну, 2 - розраховану за залежність табличними теплофізичними властивостями. На фіг. 8 наведено експериментальну залежність  баз експ 10 15 20 25 30 35 40 45  = f t для гліцерину-сирцю. На фіг. 9 представлено залежність кінематичної в'язкості від температури: 1 - гліцерину-дистиляту, оцінена за п.7 (див. нижче); 2 - гліцерину-дистиляту, довідникові значення; 3 -гліцерину-сирцю, оцінена за п.7 (див. нижче). На фіг. 10 представлено порівняння довідникових і експериментальних значень коефіцієнта теплопровідності гліцеринудистиляту. На фіг. 11 наведено зіставлення розрахункових значень коефіцієнта тепловіддачі αрозр, та отриманих за способом αЕРМ, гліцерин-дистилят. На фіг. 12 представлено залежність коефіцієнтів тепловіддачі αЕРМ, отриманих за способом, від температури, гліцерин-сирець: 1 температурний напір між грійною стінкою та гліцерином-сирцем 10 °C; 2-15 °C; 3-20 °C. Спосіб здійснюється наступним чином. Здійснення способу супроводжується конкретним прикладом. Спосіб включає експериментальну і розрахункову частину. Експериментальна частина реалізується на базовій експериментальній установці, яка являє собою портативний пристрій для дослідження інтенсивності теплообміну від твердої циліндричної стінки до органічної суміші, в якому об'єм досліджуваної органічної суміші дозволяє забезпечити закономірності теплообміну, що описуються критеріальними рівняннями зі структурою рівнянь теплообміну у "великому об'ємі" зі квазістабільною вільною конвекцією ньютонівської рідини. В установці реалізуються умови теплообміну за умов вільної конвекції органічної суміші "у великому об'ємі", який названий базовим режимом теплообміну. Суть базового експерименту полягає у періодичному фіксуванні через встановлений проміжок часу температур і гарячого (води) і холодного (органічної суміші) теплоносіїв у п'яти точках вздовж теплообмінної поверхні. Протягом одного базового експерименту (Е) виконується n одночасних фіксувань розподілу температур (ОФРТ) в грійному та нагріваному теплоносіях у десяти точках, час опитування десяти датчиків 100 мс. Серія базових експериментів (СБЕ) складається із m Ε. Для ОФРТ, а, отже, і для Ε і СБЕ, виконуються попередні вимірювання мас грійного М1 та нагріваного М2 теплоносіїв. Опис експериментальної установки і методики проведення експерименту наведено у [Пішеніна Н. В. Теплообмін в складних сумішах в умовах природної конвекції / Н. В. Пішеніна // Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві. Науково-технічний збірник. - Вінниця: Універсум-Вінниця, 2011. - № 2. - С. 124-131]. Розрахункова частина способу містить алгоритм, який дозволяє оцінити інтенсивність теплообміну від твердої стінки до органічної суміші в шуканих умовах теплообміну, які створюються в теплообмінних установках, що проектуються. При викладенні суті способу розуміємо таке: середня температура органічної суміші t осереднена по висоті теплообмінної поверхні і в часі, яка визначається за результатами вимірювань одного базового експерименту. За допомогою експериментальної установки для дослідження тепловіддачі за умов вільної конвекції проводять СБЕ по теплообміну в органічній суміші, інформація про теплофізичні баз властивості якої обмежена, визначають експ для кожного Е. Органічною сумішшю вважається полікомпонентна, одно- та багатофазна рідка система (рідина, розчин, суміш), для якої найчастіше інформація про її теплофізичні властивості обмежена (невідома). Розраховують m комплексів фізичних властивостей за рівнянням (2) в першому наближенні   ...  баз  експ 1 баз  експ m та отримують залежність   f t . При цьому поправку баз  експ розраховують за осередненими температурами стінки використанням теплофізичних властивостей води. 50 Із отриманої залежності для даної органічної суміші tc та органічної суміші t0   для кожного Е. 4 t0 з   f t визначають комплекс баз  експ   баз експ фізичних властивостей для рідини за температурами стінки t c   баз 0 експ    m б   c , та органічної суміші UA 105399 C2 Проводиться аналіз бази даних попередньо побудованих графічних залежностей критерію    розр б чм для Прандтля від розрахункового комплексу фізичних властивостей rчм  f   "частково-модельних рідин", теплофізичні властивості яких достатньо досліджені (див. Фіг.1, Фіг.2). Для даного діапазону 5    ...    із бази даних вибираємо "частковобаз  експ p модельну рідину", за теплофізичними властивостями якої визначаємо  розбіжність між значеннями більше ніж 3 %. Значення  баз експ 15  баз експ  баз експ t   m б наближення. Подальше уточнення 10 баз  експ ст і розрахунок  баз експ    m б для наступного із αексп виконують доти, поки попереднього і наступного наближення складатиме не останнього наближення вважають достатніми, а визначена залежність є основною залежністю, яка характеризує закон зміни теплофізичних властивостей від температури даної органічної суміші, інформація по теплофізичних властивостях якої обмежена при даних умовах теплообміну. Таким чином, "частково-модельна рідина" це - однорідна рідина або розчин на водній основі, для якої залежність теплофізичних властивостей від температури досліджена. Призначення "частково-модельної рідини" моделювати в конкретному діапазоні температур зміну ТФВ органічної суміші з невідомими теплофізичними властивостями. Теплофізичні властивості "частково-модельної рідини" вибираються із довідника і застосовуються для оцінювання поправок на напрям теплообміну    m б  експ ( t ) б у визначенні експериментальної характеристики . Використовуючи СБЕ визначають залежність середньої теплоємності від температури   за рівняннями теплового балансу базової експериментальної установки з врахуванням C p експ t 20 тепловтрат. Визначення густини від температури   експ t , здійснюють методом зважування та  оцінювання коефіцієнта температурного розширення β t  25 t  в даному проміжку температур проводять з врахуванням експ . Проводять додатковий експеримент по визначенню кінематичної в'язкості при температурі навколишнього середовища, або близької до неї t0,H.C. Тоді, використовуючи залежності  ,  ,  баз t експ C p експ t    експ t , та значення β t і ν0(t0,H.C) визначають середній коефіцієнт теплопровідності органічної суміші при температурі навколишнього середовища, або близької до неї,  0 (t 0,н.с )  баз експ із формули n3  Cn1  n2   p n5  n4             , (4) 1/ n4 30 35    баз    n1 n2 експ n5  ,  C    n3    p   де n1, n2, n3, n4, n5 - показники степеня, що відповідають умовам теплообміну в базовій експериментальній установці; β - коефіцієнт температурного розширення досліджуваної -1 2 рідини, °C ; ν - кінематична в'язкість, м /с; λ - коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м•Κ); ρ - густина, 3 кг/м ; Ср - теплоємність, кДж/(кг•К); А - комплекс властивостей, які визначаються експериментально на базовій установці, В - комплекс властивостей, які потрібно визначати іншими методами. Відомо, що теплопровідність рідин незначно змінюється з температурою, тоді приймають t    0  const в даному діапазоні температур. Закономірність зміни в'язкості органічної суміші від температури оцінюють за допомогою 40 залежності   таким чином. t визначаємо дві точки з температурами   баз t експ баз експ Із залежності формули (4) отримуємо систему рівнянь 5 t1 та t2 , та відповідно до UA 105399 C2    експ  f t  Cn1  n2   n3   n4   n5 б1 1 p1 1 1        1  1 1  1  n3 n4 n5 експ n1 n2  б2  f t 2  Cp2  2  2   2   2        2 2  (5) де індексами 1 і 2 позначені теплофізичні властивості органічної суміші та їх комплекси при  температурах 5 t1 та t2 , відповідно. За умов, що значення комплексів А1 та А2 відомі та перетворюється в наступне t    0  const , система рівнянь (5) 1/ n5 10 1  1      1, 2  2  2 (6)   де μ1, μ2 - динамічна в'язкість рідини при температурах t1, t2, відповідно. Динамічна в'язкість рідин в залежності від температури змінюється  2  1  e 0 t 2 t1  , де β0 - показник степеня, тоді із рівняння (6) за законом 1/ n5  1     e0 t 2 t1 ,    2 (7) звідки знаходимо рівняння визначення показника степеня для конкретної досліджуваної органічної суміші (рідини) 1/ n5     1   1 . 0  ln    2   t 2  t1   15 20 25 30 35 (8)  Отже, маючи значення ν0, 0 , закономірності зміни в'язкості, теплоємності, густини від температури, визначають реальні теплофізичні властивості для досліджуваної органічної суміші (рідини) в даному діапазоні температур, з використанням яких здійснюють оцінку границь режимів руху суміші за певних умов теплообміну, визначають шукані умови теплообміну, а також розраховують функцію перетворення П ТФВ для визначення комплексу фізичних шу к шу к властивостей, що відповідає шуканим умовам теплообміну  експ та ер . Наведемо приклад застосування способу. За органічну суміш, теплофізичні властивості якої не досліджені, умовно прийнято гліцерин-дистилят, з метою перевірки працездатності методу та підтвердження його достовірності. На практиці спосіб, що заявляється, застосований для розрахунків теплотехнологічного обладнання переробки гліцерину-сирцю. Гліцерин-сирець, з яким проводилася серія базових експериментів, має наступний склад: (Сіль (K2SO4) - 4 %; Жири - 2,2 %; Вода - 8,3 %; Гліцерин - 85,5 %), і являє собою складну систему, в якій можуть бути реалізовані всі можливі асоціативні та сольватаційні ефекти, а також, накладення їх один на один. В довідковій літературі відсутня інформація про теплофізичні властивості багатокомпонентних розчинів гліцерину. Тому, поряд із результатами перевірних розрахунків способу для гліцерину-дистиляту, подано і результати досліджень та розрахунків коефіцієнтів тепловіддачі для гліцерину-сирцю. 1. Задають початкові дані відносно шуканих умов теплообміну: діапазон температур суміші 30-60 °C; температурний напір між грійною стінкою та сумішшю – 10-25 °C; шукані умови теплообмін за умов вільної конвекції у "великому" об'ємі біля вертикальної стінки висотою Н=7,4 м. Експериментально досліджують залежність густини суміші 2експ в потрібному діапазоні температур методом зважування або за допомогою набору ареометрів. Для оцінювання  40 залежності середньої густини натурної суміші 2експ від температури досліджувану рідину нагрівають до потрібної температури в установці, заливають в мірний циліндр (250 мл, ГОСТ 1770-74) і зважують на лабораторних електронних вагах, клас точності 4, похибка вимірювання ±0,01 г. Одночасно виконують вимірювання температури термометром опору з аналоговоцифровим перетворювачем з точністю ±0,1 °C (роздільна здатність). Похибка визначення 6  2експ UA 105399 C2 знаходиться в межах +2,5…-1,2 %. Внесена корекція на зміну температури під час експериментального визначення густини. В результаті отримуємо графічну залежність (Фіг. 3). Виконують апроксимацію експериментальних точок (Фіг. 3) і у подальшому густину 5 гліцерину-дистиляту розраховують за емпіричною залежністю 2експ =-0,5683t+1262,6, 2 коефіцієнт детермінації R =0,978. Визначають температурний коефіцієнт об'ємного розширення суміші в заданому діапазоні, використовуючи отриману емпіричну залежність, за рівнянням (P=const) [Исаченко В. П. Теплопередача: учебн. для вузов / В. П. Исаченко [и др.]·- [3-е изд. доп.]. - М.: Энергия, 1975. 488 с.].   10 15 1        t (p) (9) 3 2. Проводять базовий експеримент. Для проведення одного Ε заливають 1 дм органічної суміші в базову експериментальну установку, проводять n ОФРТ. Установка і методика проведення базового експерименту описана у [Пішеніна Н. В. Теплообмін в складних сумішах в умовах природної конвекції / Н.В.Пішеніна // Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві. Науково-технічний збірник. - Вінниця: Універсум-Вінниця, 2011. - № 2. - С 124-131]. Необхідна мінімальна кількість Ε базового експерименту по теплообміну в натурній органічній суміші повинна дорівнювати не менше mmin=6, для достатньої точності визначення експериментальних базових коефіцієнтів теплопередачі kексп та тепловіддачі до натурної рідини  бексп 2 20 . Осереднення температур по висоті теплообмінної поверхні в момент часу  в зовнішній tcep1 та внутрішній порожнині базової експериментальної установки tcep2 виконують таким чином 5 5  t1i  t 2i ; t сер2  i1 ; i i (10) де і - кількість термометрів. Результатом Ε є графік залежності зміни осередненої температури теплоносіїв в часі (Фіг. t сер1  25 i1 4). Розраховують різницю температур, осереднених по висоті теплообмінної поверхні ' t сер1  t 'сер1  t 'сер1; у зовнішній порожнині базової установки у внутрішній посудині базової установки 30 ' tсер2  t'сер2  t'сер2; t' t' t'' t '' де сер1 , сер2 , сер1 , сер2 - осереднена по висоті теплообмінної поверхні температура у зовнішній та внутрішній порожнині в початковий і кінцевий момент часу експерименту, відповідно. Визначають середній температурний напір між грійним теплоносієм і органічною сумішшю  t , для чого проводять осереднення температур по висоті теплообмінної поверхні і в часі у зовнішній t1 та внутрішній порожнині t 2 n t1  35 40 45  t cее1j j1 n ; t2   t cее2 j j1 ; n n (11) де n - кількість ОФРТ за час проведення досліду. 3. Виконують п. 2 m=17 разів, змінюючи початкову температуру суміші та гарячого теплоносія таким чином, щоб охопити заданий діапазон температур. 4. Виконують обробку результатів базового експерименту. Обробка результатів вимірювань і отримання експериментального коефіцієнта тепловіддачі описано у [Ткаченко С.Й. Тепломасообмінні та гідродинамічні процеси в елементах систем біоконверсії: монографія / С. Й. Ткаченко, Н. В Резидент. - Вінниця: Універсум - Вінниця, 2011. - 132 с.]. Для кожного досліду із рівняння теплового балансу установки експериментально визначають залежність середньої теплоємності суміші від температури Q2=Q1 – Qвтр, (12) тепловий потік, який надходить від гарячого теплоносія 7 UA 105399 C2 Q1  1  Cp 1  tсер1 ,  (13) τ тепловий потік, що сприймається холодним теплоносієм (натурною рідиною) Q2  5 10 15 20  2  Cp 2експ  tсер2 ,  (14) де М1, М2, Ср1, Ср2 - маса та питома теплоємність гарячого і холодного теплоносіїв, відповідно. Гарячим теплоносієм є вода, тоді М1, М2, Ср1 - відомі, Ср2 - невідома, яку визначають із рівняння (14) Q2   Cp 2експ  .  2  tcее2 При цьому Qвтp оцінюють із тарувального графіка залежності тепловтрат базової установки від температури теплоносія. Загальні максимальні тепловтрати установки знаходяться в межах 9-11 Вт, що становить 2,5-7,5 % від загального теплового потоку [Пішеніна Н. В. Теплообмін в складних сумішах в умовах природної конвекції / Н. В. Пішеніна // Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві. Науково-технічний збірник. - Вінниця: Універсум-Вінниця, 2011. - № 2. С. 124-131]. Приймають Q2 за визначальний тепловий потік у подальших розрахунках. За результатами СБЕ отримують залежність (середньої теплоємності від температури (Фіг. 5). Визначають експериментальний коефіцієнт теплопередачі в системі [Ткаченко С.Й.Тепломасообмінні та гідродинамічні процеси в елементах систем біоконверсії: монографія / С. Й. Ткаченко, Н. В Резидент. - Вінниця: Універсум - Вінниця, 2011. - 132 с.] Q2 k експ  , Fто  t (15) де Fто - площа теплообмінної поверхні; t  t1  t 2 - середній температурний напір між холодним і гарячим теплоносієм. 25 б Визначають експериментальний коефіцієнт тепловіддачі від стінки до суміші  2експ [Ткаченко С. Й. Тепломасообмінні та гідродинамічні процеси в елементах систем біоконверсії: монографія / С.Й.Ткаченко, Н. В Резидент. - Вінниця: Універсум - Вінниця, 2011. - 132 с.] 1  1 1 ст   , бексп     2 k   експ 1 ст  (16) де α1 - розрахунковий коефіцієнт тепловіддачі від гарячого теплоносія (води) до стінки; α 1 визначається за критеріальними рівняннями, які описують умови теплообміну у зовнішній порожнині установки з використанням теплофізичних властивостей. δ ст, λсτ - товщина та 30 теплопровідність стінки теплообмінної поверхні; t ст - середня температура стінки, яка t ст  t 1  0,25  t б розраховувалась за формулою із подальшим уточненням. Прийнято, що у зовнішній порожнині базової установки відбувається теплообмін за умов вільної конвекції у "великому об'ємі", ламінарний режим руху гарячого теплоносія. Відповідно, розрахунок α1 виконують за рівняннями  35  0,25  g    t  t  3  u1  1 1 1 ст б  r  1  ; 1  0,76   p 2  б 1    1 б 0,25  rp     r   ст  (17) Результат розрахунків за (10-16) для експерименту, наведеному на Фіг. 4 представлено нижче у табл. 1. 8 UA 105399 C2 Таблиця 1 Результати обробки одного базового експерименту Фіг. 4 tсер1 tсер2 t 64,5 45,8 18,7 Експериментальна середня теплоємність гліцерину-дистиляту Дж/(кгК) 2817,9 Ср 2експ кількість теплоти, що прийнято гліцерином Q2, Дж 32165,2 кількість теплоти, переданої гарячою водою Q1, Дж 36547,7 Експериментальний коефіцієнт теплопередачі Відсоток тепловтрат kексп, 145,1 Температура стінки (остаточне уточнення) % 11,9 Q2, Bт 89,3 t ст 59,8 Теплопередача у великому об'ємі (зовнішня порожнина, розрахункові значення) Gr1 Ra1 Nu1 α1, 1.5Е+08 4,3Е+08 106,9 648,5  бeкс , 2 2 Bт/(м K) 187 5 Отримують експериментальні залежності базового коефіцієнта тепловіддачі в заданому діапазоні температур. Результаті обробки дослідів, для гліцерину-дистиляту та гліцерину-сирцю наведено на Фіг. 6. 5. Знаходять комплекс експ  б із базового коефіцієнта тепловіддачі експ б ,  б методом ітерацій. Для визначення базового комплексу із 2eксп застосовують структуризоване рівняння, що описує теплообмін у внутрішній порожнині установки за умов  бeксп , 2 10 0,25  rp  0,25 експ    бeккс  13   б  g0,25  t б   б 0,25    , 2    r       ст б    ламінарного руху теплового шару де Пб - множник, який враховує 15 Пб визначальний геометричний параметр , (18) базової експериментальної установки Нб та температурний напір t б  t ст  t 2 між твердою стінкою та 2 0,25 органічною сумішшю; g - прискорення вільного падіння, м/с ; (Prр/Рrст) - поправка врахування напряму теплообміну; Рrр – критерій Прандтля для суміші за температурою суміші; Рrст експ  б   бексп 2 0,25  rp   1,3   б   експ  r   б  ст б , критерій Прандтля за температурою стінки. Визначають 0,25 (19) уточнюючи поправку на напрямок теплообміну (Рrр/Рrст) методом послідовних наближень з використанням ТФВ "частково-модельної" рідини, який наведено вище. Результат розрахунків за формулами (18, 19) для експерименту, наведеному на Фіг. 4 подано у табл. 2. 20 Таблиця 2 Пб t ст експ  б 5,6 60 24,59 Результат обробки дослідів базового експерименту гліцерину-дистиляту за пп. 2-5 і отриману залежність   подано на Фіг. 7, для чого за п. 5 виконано 4 наближення. експ  б t 9 UA 105399 C2 "Частково-модельні" рідини, що приймалися для ітераційного визначення (Рrр/Рrст) у табл. 3. 0,25 наведено Таблиця 3 «Частково-модельні" рідини для визначення 1 наближення 0,25 (Рrр/Рrст) за ТФВ* води 2 наближення 0,25 (Рrр/Рrст) за ТФВ яблучного соку 70 %  експ  б t 3 наближення 0,25 (Рrр/Рrст) за ТФВ трансформаторного масла 4 наближення 0,25 (Рrр/Рrст) за ТФВ гліцерину 100 % *Примітка: ТФВ - теплофізичні властивості; "частково-модельна рідина не характеризує 0,25 органічну суміш по ТФВ, а тільки застосовується для визначення (Рrр/Рrст) . 5 Розбіжність експериментальних і розрахованих за довідниковими ТФВ значень комплексів  експ  б t КФВ (Фіг. 7) у середньому становить 5-10 %. Експериментальну залежність для гліцерину-сирцю (Фіг. 8) отримано аналогічно, виконуючи 2 наближення, при цьому для 0,25 ітераційного визначення (Рrр/Рrст) "частково - модельними" рідинами прийнято воду та гліцерин-дистилят. 6 Виконують дослідження і визначають кінематичну в'язкість 10  '0 , '' 0 , при ' t '0 , t '0 , температурах навколишнього середовища або близьких за допомогою віскозиметра Енглера, або, за наявності, ротаційних віскозиметрів. Результат вимірювань кінематичної в'язкості гліцерину-дистиляту і гліцерину-сирцю наведено у табл. 4. Таблиця 4 Результати вимірювань кінематичної в'язкості Температура t 0,н.с. 2 Кінематична в'язкість м /с Температура Гліцерин-дистилят 28,3 0,000479 30 0,000481 28,7 0,000568 29,1 0,000494 30 0,000500 середнє значення 29,2 0,000504 15 7 Виконують оцінювання експериментальної залежності теплоємності (Фіг. 3, 5). Визначена залежність t 0,н.с. 2 Кінематична в'язкість м /с 41,1 33,4 36,5 45,7 47 40,7 теплофізичних експ  б t Гліцерин-сирець 0,000311 0,00035 0,000319 0,000242 0,000187 0,000282 властивостей суміші з (Фіг.7) та залежностей густини   врахуванням і середньої експ  б t 2 , характеризує закон зміни ТФВ досліджуваної рідини від   експ 0 75 0,75  б  Cp,25  0,25  0,25  0,  f t 2        20  температури , (20) де А - комплекс ТФВ, які оцінюємо на базовій експериментальній установці та за допомогою     додаткових експериментів: Cp експ t 2 , експ t 2 , наступним чином. Із   виділяють дві точки т експ  б t2 1   β t 2 ; В - комплекс ТФВ, які визначаємо і т2, отримують систему рівнянь 10 UA 105399 C2     експ  f t  C0,25  0,25   0,25   0,75   0,25 т1 1 1 p1 1 б1 1          т1   т1  0,25 експ 0,25 0,25   20,75   2  0,25  б2  f t т 2  Cp2   2   2          т2 т2  (21)   експ  0,75  б1  1 0,25   т1   1   т1  експ  б2  0,75    0,25    2 т2  2  т 2 . (22)    експ  б t2 За результатами базового експерименту - залежність , та результатами додаткового експерименту - конкретного значення при t0,н.с. – ν0(t0,н.с.), визначають із (20) 5 середній t 0,н.с.   коефіцієнт ' t '0 ...t '0  теплопровідності досліджуваної 0 у (t0,н.с.) проміжку температур . Під час дослідів визначення ν0(t0,н.с.) відстежували зміну температури. У зв'язку з тим, що теплопровідність рідин незначно змінюється з температурою, приймають що  1   2   0  t  1 2 10    т1   т2     . В результаті перетворень із (22) отримують рівняння 1/ 0,25  1 , 2 (23) де μ1, μ2 - динамічна в'язкість рідини при температурах tт1, tт2, відповідно, 0 t 2  t 1   якщо 2  1  e , (24) 4  т1   0 t т 2  t т 1   ,    e  тоді  т 2  (25) звідки знаходять рівняння визначення показника степеня для конкретної досліджуваної органічної суміші 15    4  1  0  ln т 2    .   т1   t т 2  t т1     (26) Залежність кінематичної в'язкості від температури для натурної суміші будують за рівнянням 1 t 2   t 0   e t    ln 2   1      4  t  t  0   t т 2  t т1  , (27) де t - поточне значення температури. Для прикладу застосування методики (20-27) вибрали дві контрольних точки із залежності 20 t т1  t   експ  б t2 гліцерину-дистиляту з температурами  30 °C, т 2 45 °C. Результати оцінювання теплофізичних властивостей гліцерину-дистиляту за п. 7, а також розрахункові коефіцієнти до формул (20-27) наведено нижче у табл. 5, 6. Таблиця 5 Оцінювання 0 (t0,н.с.) із застосуванням експ  б =f( t ) Початкові (експериментальні) дані: t μ 0 ρ ν Ср експ β 2 м /c кДж/(кгК) C КФВб Рr С t т1 t т2 t'0 Па•с кг/м (t0,н.с.) Вт/(мК) 30 0,61 1245,6 0,306 0,000491 2,48 0,000459 16,97 4944 45 0,21 1237,0 0,306 0,000169 2,55 0,000459 22,28 1747 3 11 -1 UA 105399 C2 Таблиця 6 Розрахункові коефіцієнти та комплекси до формул (21-27) Комплекси (21) Ат1 Ат2 Вт1 Вт2 β0 Коефіцієнт (26) 6,14 6,17 2,77 3,61 0,07 Оцінені розрахунком теплофізичні властивості гліцерину-дистиляту за п. 7, якщо прийняти, що теплопровідність в даному діапазоні температур стала наведено у табл. 7. Таблиця 7 Оцінені ТФВ гліцерину-дистиляту за контрольними точками t С 20 25 35 40 45 50 55 60 65 70 75 μ Па•с 1,25 0,87 0,43 0,29 0,21 0,15 0,10 0,07 0,05 0,035 0,025 ρ 3 кг/м 1251 1248 1243 1240 1237 1234 1231 1229 1226 1223 1220 t  Вт/(мК) 0,306 0,306 0,306 0,306 0,306 0,306 0,306 0,306 0,306 0,306 0,306 ν 2 м /С 0,00099 0,00070 0,00034 0,00024 0,00017 0,00012 -05 8,4·10 -05 5,9·10 -05 4,1·10 -05 2,9·10 -05 2,0·10 Ср експ кДж/(кгК) 2,43 2,45 2,50 2,52 2,55 2,57 2,59 2,62 2,64 2,67 2,69 t т1 =30 °C, =45 °C β КФВб Рr С 0,000459 0,000459 0,000459 0,000459 0,000459 0,000459 0,000459 0,000459 0,000459 0,000459 0,000459 13 15 19 21 22 24 26 28 29 31 33 9890 6993 3495 2471 1747 1234 872 616 317 224 158 -1 5 Для перевірки вибрали інші дві контрольні точки із залежності t т2   експ  б t2 з температурами t '0  t т1 =46 °C, t т 2 =58 °C. Результати оцінювання теплофізичних властивостей гліцеринудистиляту за п. 7, наведено у табл. 8. Таблиця 8 Оцінені ТФВ гліцерину-дистиляту за контрольними точками t °С 20 25 35 40 45 50 55 60 65 70 75 μ Па•с 1,81 1,21 0,54 0,36 0,24 0,16 0,11 0,07 0,05 0,03 0,02 ρ 3 кг/м 1251 1248 1243 1240 1237 1234 1231 1229 1226 1223 1220 λ Вт/(мК) 0,307 0,307 0,307 0,307 0,307 0,307 0,307 0,307 0,307 0,307 0,307 ν 2 м /с 0,0014 0,00096 0,00043 0,00029 0,00019 0,00013 -05 8,6·10 -05 5,7·10 -05 3,8·10 -05 2,6·10 -05 1,7·10 10 12 Ср експ кДж/(кгК) 2,43 2,45 2,50 2,52 2,55 2,57 2,59 2,62 2,64 2,67 2,69 t т1 =46 °C, β -1 С 0,000462 0,000462 0,000462 0,000462 0,000462 0,000462 0,000462 0,000462 0,000462 0,000462 0,000462 t т2 =58 °C. КФВб Рr 9 11 16 19 22 24 27 29 32 34 37 14327 9638 4361 2933 1972 1326 892 600 317 224 158 UA 105399 C2 5 Порівняння залежностей кінематичної в'язкості, гліцерину-сирцю, гліцерину-дистиляту та коефіцієнта теплопровідності від температури, отриманої за способом у п. 7 (табл. 7, 8) із табличними значеннями для гліцерину-дистиляту наведено на Фіг 9, Фіг. 10. 8. Виконують перевірку шуканих умов теплообміну, розраховують безрозмірні числа Грасгофа Grh та Прандтля Рr, Рейнольдса Re за оціненими ТФВ органічної суміші 3   Cp g    t  1  2 w  Grh  ; r  , Re  . 2   (28)  9. Розраховують коефіцієнти тепловіддачі в шуканих умовах (інших, відмінних від базових умов) теплообміну шу к ер , для чого визначають комплекс фізичних властивостей для шуканого шу к режиму КФВ експ . 10 15 шу к експ баз = ПтФВ•  експ . (29) Для цього використовується функція перетворення П тФВ, яка являє собою поправку на перехід від базових умов - до шуканих, відповідає критеріальному рівнянню для певних шуканих умов, і включає теплофізичні властивості. Функція перетворення П тФВ розраховують за реальними теплофізичними властивостями досліджуваної органічної суміші у даному діапазоні КФВ експ  б температур і умовах теплообміну, а отримують за допомогою базового експерименту. Реальними для досліджуваної органічної суміші вважаємо теплофізичні властивості, які оцінено експериментально для конкретного діапазону температур та з використанням  20 25 30 експ  б t за п.7. експериментальної характеристики суміші Формула для розрахунку функції перетворення П тФВ отримується із рівняння ПтФВ = шук КФВ /КФВб, де залежності комплексів фізичних властивостей для базових умов теплообміну шук КФВб і шуканих умов теплообміну КФВ отримують в результаті приведення до розмірного вигляду критеріальних рівнянь, що описують базові і шукані умови теплообміну, відповідно. Наприклад, для переходу із базових умов, де вільна конвекція, ламінарний режим руху, до шуканих умов теплообміну - за умов вільної конвекції у "великому" об'ємі біля вертикальної стінки, турбулентний рух, ПТФВ визначається за формулою [Патент України на винахід № 97021, (51) МПК (2006.01) G01N 25/18 Спосіб визначення коефіцієнта тепловіддачі за умов конвективного теплообміну органічної суміші Ткаченко С.И., Пішеніна Н.В., Резидент Н.В; заявник і власник патенту Вінницький національний технічний університет. - №а201005661; заявл. 11.05.2010; опубл. 26.05.2011, Бюл.№2.]     35 40 45 50 p  Cp  p 0,08 p  p 0,08 (30) Приведені до розмірного вигляду (структуризовані) критеріальні рівняння та залежності для розрахунку ПТФВ наведено у публікації, яка є найбільш близьким по суті до способу, що заявляється [Патент України на винахід № 97021, (51) МПК (2006.01) G01N 25/18 Спосіб визначення коефіцієнта тепловіддачі за умов конвективного теплообміну органічної суміші Ткаченко С.Й., Пішеніна Н.В., Резидент Н.В; заявник і власник патенту Вінницький національний технічний університет. - №а201005661; заявл. 11.05.2010; опубл. 26.05.2011, Бюл.№2]. Виконано зіставлення розрахункових значень коефіцієнта тепловіддачі α розр, та отриманих за наведеним способом αЕРМ (формули 20-30) для гліцерину-дистиляту в діапазоні температур t=20-60 °C (Фіг. 11). Шукані умови теплообміну - вільна конвекція у "великому" об'ємі біля вертикальної стінки висотою Н=7,4 м, турбулентний рух. Розрахункові значення коефіцієнта тепловіддачі αрозр отримані традиційним способом за відомими критеріальними рівняннями як для рідини, теплофізичні властивості якої відомі [Пішеніна Н. В. Теплообмін в складних сумішах в умовах природної конвекції / Н. В. Пішеніна // Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві. Науково-технічний збірник. - Вінниця: Універсум-Вінниця, 2011. - № 2. - С 124-131]. Експерментально-розрахункові αЕРМ для гліцеринудистиляту отримані за результатами базового експерименту із застосуванням запропонованого способу (пп. 1-9). Із Фіг. 11 видно, що розбіжність між αрозр та αЕРМ знаходиться в межах точності, допустимої в теплофізичних експериментах для визначення коефіцієнтів тепловіддачі. Також за запропонованим способом було визначено можливий діапазон коефіцієнтів тепловіддачі αЕРМ від вертикальної стінки до гліцерину-сирцю за таких же шуканих умов 13 UA 105399 C2 теплообміну, для температур t=40-60 °C (Фіг. 12). При цьому температурний напір між грійною стінкою та гліцерином-сирцем в шуканих умовах: 10-20 °C. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 Спосіб визначення коефіцієнта тепловіддачі за умов конвективного теплообміну органічної суміші, що включає вимірювання температури теплоносіїв, причому вимірюють масу грійного теплоносія та суміші, а температуру грійного теплоносія та суміші вимірюють через проміжки часу і визначають експериментальний коефіцієнт конвективної тепловіддачі в базовому режимі теплообміну  баз при температурі суміші tc, яка відповідає шуканим режимам, а комплекс експ фізичних властивостей для базового режиму теплообміну визначають за залежністю, яка визначається з врахуванням напряму теплообміну  15 баз експ   баз експ      m б , де А - коефіцієнт, що враховує всі параметри, які входять в критеріальне рівняння для базового режиму теплообміну, окрім теплофізичних властивостей,    m  rp / rcт m   p /  cт m б б б поправка на напрямок теплообміну в суміші в базовому режимі, а експериментальнорозрахунковий шуканий коефіцієнт тепловіддачі  шук визначають за структурованим ер критеріальним рівнянням 20    шук  C  gn1   ТФВ  КВФбаз w n2  ln3 t ер експ     n4    m , КВФшук експ де    m  rp / rcт m   p /  cт m - поправка на напрямок теплообміну в суміші в шуканому режимі; t  t c  t 0  , де tc - температура стінки теплообмінної поверхні, °С; 25 30 35 40 t0 - при вимушеній течії - температура рідини на вході в трубу, при вільному русі - температура рідини за межами шару, що рухається, °С; w - визначальна швидкість, м/с; l - визначальний розмір, м; 2 g - прискорення вільного падіння, м/с ; Рrр - критерій Прандтля за температури рідини (суміші); Рrст - критерій Прандтля за температури стінки; μр - динамічна в′язкість за температури рідини; μст - динамічна в′язкість за температури стінки; С - константа, що залежить від режиму теплообміну; m, n1, n2, n3, n4 - показники степеня; з врахуванням комплексу фізичних властивостей, що відповідає шуканому режиму теплообміну КФВ шук , який визначають за допомогою функції перетворення ПТФВ, а значення поправок на експ напрямок теплообміну в базовому режимі розраховують методом послідовних наближень, який відрізняється тим, що коефіцієнт А розраховують за формулою   C  g  t 0,25 /  0,25 , де Н висота поверхні теплообміну, оцінюють реальні теплофізичні властивості органічної суміші і проводять серію базових експериментів, із яких визначають залежність комплексу фізичних властивостей  баз t , середньої теплоємності C p експ t , середньої густини  експ t , від експ    45 середньої температури органічної суміші t , коефіцієнт температурного розширення  експ (t ) в заданому діапазоні температур суміші, причому проводиться додатковий експеримент по визначенню кінематичної в'язкості органічної суміші при температурі навколишнього середовища або близької  0 t 0,н.с.  , a закономірність зміни в'язкості органічної суміші  t від 50 температури та значення середньої в заданому діапазоні температур суміші теплопровідності t  визначається з врахуванням залежності  баз  f t , значення поправок на напрямок експ теплообміну в базових умовах розраховують за допомогою теплофізичних властивостей частково-модельної рідини, причому вибір частково-модельної рідини із бази даних та її теплофізичних параметрів із довідника здійснюють з урахуванням температур tc і t0, залежності   14 UA 105399 C2   баз  f t експ та графічних залежностей критерію Прандтля від розрахункового комплексу фізичних властивостей  rчм  f  розр б   чм для частково-модельних рідин, а функцію перетворення ПТФВ за умовами теплообміну розраховують з використанням оцінок реальних теплофізичних властивостей органічної суміші. 5 15 UA 105399 C2 16 UA 105399 C2 17 UA 105399 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 18

Дивитися

Додаткова інформація

Автори англійською

Tkachenko Stanislav Yosypovych, Pishenina Nadia Volodymyrivna

Автори російською

Ткаченко Станислав Иосифович, Пишенина Надежда Владимировна

МПК / Мітки

МПК: G01N 25/18

Мітки: коефіцієнта, визначення, умов, теплообміну, органічної, тепловіддачі, спосіб, суміші, конвективного

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/20-105399-sposib-viznachennya-koeficiehnta-teploviddachi-za-umov-konvektivnogo-teploobminu-organichno-sumishi.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб визначення коефіцієнта тепловіддачі за умов конвективного теплообміну органічної суміші</a>

Подібні патенти