Спосіб визначення коефіцієнта тепловіддачі за умов конвективного теплообміну органічної суміші

Спосіб визначення коефіцієнта тепловіддачі за умов конвективного теплообміну органічної суміші, що включає вимірювання температури теплоносіїв, який відрізняється тим, що вимірюють масу потрійного теплоносія та суміші, а температуру потрійного теплоносія та суміші вимірюють через проміжки часу і визначають експериментальний коефіцієнт конвективної тепловіддачі в 2 3 24616 Экспериментальное исследование процессов теплообмена. М: Энергия. - 1969, 392с]. Nup × l (2) a= L Недолік даного способу полягає у високій трудоємкості проведення дослідів, їх обробки та необхідності визначення в окремому досліді кожного теплофізичного параметра з достатньою точністю. Найбільш близьким за технічною суттю до способу, що пропонується є спосіб визначення коефіцієнта тепловіддачі [АС СРСР №1078301, кл. G01N25/18. заявл. 05.07.82.: опубл. 07.03.84., Бюл. №9], який полягає у вимірюванні швидкості і температури теплоносія, температури поверхні, перепаду тиску за рахунок опору теплообмінної поверхні. Коефіцієнт конвективного теплообміну визначають за формулою 1 a = × A1 × A2 × A 3 (3) L , æ w × D p × L3 ö ÷ де A1 = f ç ç r × n 3 ÷ ,. p p ø è ( ) A2 = f rp × n3 , p n æ rp × np ö ÷ A3 = ç çr ×n ÷ , è ст ст ø Dp - перепад тиску, віднесений до одного ряду пучка. Недоліком відомого способу є висока трудоємкість виконання і обробки дослідів за рахунок необхідності визначення в окремому досліді кожного теплофізичного параметра з достатньою точністю. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу визначення коефіцієнта тепловіддачі за умов конвективного теплообміну органічної суміші, в якому за рахунок введення операції вимірювання маси грійного теплоносія та суміші, а також вимірювання температури грійного теплоносія та суміші через проміжки часу досягається можливість спрощення процесу визначення коефіцієнта тепловіддачі, крім того спрощується методика виконання та обробки дослідів, за рахунок того, що зникає необхідність визначення кожного теплофізичного параметра в окремому досліді. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі визначення коефіцієнта тепловіддачі, який полягає у вимірюванні температури теплоносія вимірюють маси грійного теплоносія та суміші, а температури грійного теплоносія та суміші вимірюють через проміжки часу і визначають експериментальний коефіцієнт конвективної тепловіддачі в базовому режимі теплообміну a експбаз при температурі суміші tc і температурному напорі між грійною стінкою і сумішшю Dt , які відповідають шуканим режимам, а комплекс фізичних власти востей для базового 4 режиму теплообміну КФВекспбаз визначають за залежністю aбаз експ , А 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, що відповідає шуканому режиму теплообміну КФВекспшук , причому експериментально-розрахунковий шуканий коефіцієнт тепловіддачі a ершук визначають за структуризованим критеріальним рівнянням з врахуванням КФВекспшук . На Фіг.1 представлено схему дослідної установки для дослідження тепловіддачі за умов вільної конвекції. На Фіг.2 представлено змінений температур грійного теплоносія та суміші за часом. На Фіг.3 представлено значення коефіцієнта тепловіддачі до суміші за умов вимушеної конвекції при швидкості суміші w=0,2м/с та w=0,6м/с. Установка для реалізації способу складається з двох циліндричних коаксіальних ємностей 1 та 2, які мають гладку теплообмінну поверхню і вкладені одна в одну таким чином, що утворені дві робочі порожнини - внутрішня 3 та зовнішня у вигляді кільцевого зазору 4. Порожнини розділені трійною стінкою 5. З метою зменшення тепловтрат в навколишнє середовище зовні установка ізольована (див. Фіг.1). Спосіб здійснюється наступним чином. Вимірюють маси грійного теплоносія та суміші. Заливають трійний теплоносій у внутрішню порожнину 3, а суміш, що нагрівають - в кільцевий зазор 4 утворений циліндричними коаксіальними ємностями 1 та 2. Вимірюють температуру суміші в кільцевому зазорі 4 та температуру грійного теплоносія у внутрішній порожнині 3 через проміжки часу. Після досягнення малої різниці температур між трійною стінкою 5 і сумішшю дослід закінчують (див. Фіг.2). Для прикладу визначимо інтенсивність тепловіддачі до субстрату ВРХ (в подальшому суміш) у випадку вимушеної конвекції в кільцевому каналі, режим руху в'язкісно-гравітаційний. Виділяють базовий варіант, коли теплообмін здійснюється між вертикальною стінкою і сумішшю в перехідному режимі природної конвекції. Такий базовий варіант прийнято виходячи з того, що відносно просто можна організувати експериментальне визначення показників інтенсивності теплообміну. Визначають експериментальний коефіцієнт конвективної тепловіддачі до суміші в базовому режимі теплообміну a експбаз (в подальшому a експбаз=a в.к ) при температурі суміші tc і температурному напорі між трійною стінкою і баз КФВексп = сумішшю Dt , які відповідають шуканим режимам. 5 24616 Шляхом структуризації відомого критеріального рівняння, що відповідає заданому режиму теплообміну, виділяють спеціалізований комплекс фізичних властивостей КФВ, який залежить від масової концентрації сухи х речовин в суміші, температури суміші та температурного напору, тобто КФВ=f(сс ух, tc, Dt). Експериментально комплекс фізичних властивостей для базового варіанту визначають за залежністю a (4) КФВбаз = в.к , експ А (g × D t )0.25 ; Dt - температурний 0. 25 H напір; Н - висота поверхні теплообміну. Із критеріального рівняння – де А = 0 . 54 × КФВбаз ' = експ l0, 75 × b 0,25 c n 0,25 c æ Pr ö × (Cc × rc )0,25 × ç c ÷ ç Pr ÷ è ст ø 0,25 . (5) де Pr - критерій Прандтля, нижні індекси: с температура суміші, ст - температура стінки. За шуканий режим приймають, що теплообмін здійснюється в умовах вимушеної конвекції в кільцевому каналі, режим руху в'язкісногравітаційний a ершук (в подальшому a ершук =a вк(вг)). Комплекс фізичних властивостей для вимушеної течії з в' язкісно-гравітаційним режимом теплообміну із відомої критеріальної залежності КФВшу к ' = експ l0,57 × b 0,1 c n 0,1 c æ Pr × (Cc × rc )0,43 × ç c ç Pr è ст 0, 25 ö ÷ ÷ ø . (6) 0,25 æ Pr ö Із (5) та (6) при однакових tc і ç c ÷ ç Pr ÷ è ст ø випливає, що шуканий комплекс фізичних властивостей é n 0,15 × b - 0,15 ù КФВ шук = ê с 0 ,18 × (С с × rс )0,18 ú × КФВ баз експ експ ê lс ú ë û (7) або шу к баз КФВексп= ПТФВ × КФВ експ (8) 6 Тоді структуризоване критеріальне рівняння за яким визначають коефіцієнт тепловіддачі до суміші в умовах вимушеної конвекції з в'язкісногравітаційним режимом 0.1 (9) aв к(в г) = ПТФВ × КФВбаз × 0,15 × w 0.33 × d-0,37 × (g × Dt ) , експ де П ТФВ - поправка на теплофізичні властивості суміші; w - швидкість потоку, м/с; Dt температурний напір, °С; d - діаметр каналу, м. Поправка на теплофізичні властивості суміші (П ТФВ) в даному випадку виведена на основі теплофізичних властивостей мелясної барди, соапстоку та субстрату свиней і визначається за залежністю ( ) баз -0,6 ПТФВ = 119 × КФВ експ (10) Емпірична залежність запропонована в літературі для визначення коефіцієнта тепловіддачі в умовах вимушеної течії субстрату ВРХ за умов ламінарної течії має вигляд a в к( в г) = 27 × w5 × q-0,1(r × w )0,33 de -0,37 , (11) W t - відносна вологість; q = 100 100 відносна температура; de - еквівалентний діаметр кільцевого каналу, м; r - густина суміші, кг/м 3. Залежність (1.1) справедлива в таких межах: de=0,05...0,088м; W=86...98%; tc=25...55oC. Результати розрахунків за запропонованою нами методикою та розрахунки за емпіричною залежністю (11) наведені на Фіг.3. Дослідження проведені за температури суміші tс=35°С, температурного напору між стінкою та сумішшю Dt=18°С, при цьому еквівалентний діаметр каналу de=0,05м. 1, 3 - розрахунки за запропонованою методикою, швидкості w=0,2м/с та w=0,6м/с відповідно; 2, 4 - розрахунки за (11), швидкості w=0,2м/с та w=0,6м/с відповідно (див. Фіг.3). Із Фіг.3 видно, що розбіжність між коефіцієнтами тепловіддачі визначеними за експериментально-розрахунковою методикою для суміші і за емпіричною залежністю, в основному, не перевищує 40%. де w = 7 Комп’ютерна в ерстка І.Скворцов а 24616 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601