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, 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 3 56758 4 шук товуються як сировина в системах біоконверсії, теплообміну  експ , причому експериментальбіоенергетики. Відомим є спосіб визначення коефіцієнта тепно-розрахунковий коефіцієнт тепловіддачі шук ер ловіддачі [АС СРСР №1078301, Кл. G01N25/18. визначають за структурованим критеріальним рівзаявл. 05.07.82.: опубл.07.03.84., Бюл. №9], який нянням з врахуванням  шук . експ полягає у вимірюванні швидкості і температури теплоносія, температури поверхні, перепаду тиску Недоліком відомого способу є те, що забезпеза рахунок опору теплообмінної поверхні. Коефіцічення одночасної відповідності tс і t в базовому і єнт конвективного теплообміну визначають за фошуканому режимах практично неможливе, так як рмулою при дотриманні рівності tс в обох режимах спосте1 рігається розбіжність значень t, і навпаки, при    1  2  3, досягненні рівності t, tс в базовому і шуканому L (1) режимах неоднакове, і, внаслідок цього, допущен w  p  L3  , ня, що значення поправки (Рrp/Рrст)0,25 однакове в 1  f     3  базовому і шуканому режимах недостатньо точне.  p p  Крім того, не подано обґрунтування вибору моде3 де 2  f p  p , льної рідини та її теплофізичних параметрів для визначення поправки на теплофізичні властивості n  p  p  суміші ПТФВ, що призводить до похибки при визна  , 3  f  p  с т  ченні шук та проектування неефективного тепер     р - 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. Найбільш близьким по суті до способу, що пропонується є спосіб визначенння коефіцієнта тепловіддачі за умов конвективного теплообміну органічної суміші [Патент на корисну модель України № 24616, кл. GO 1 N25/18. заявл. 05.02.2007.: опубл. 10.07.2007., Бюл. №10], який полягає у вимірюванні температури теплоносіїв, вимірюванні масу трійного 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 експ tс ітемпературному напорі між грійною стінкою і сумішшю t, які відповідають шуканим режимам, а комплекс фізичних властивостей для базового режиму теплообміну визначають за залежністю баз експ ,  (2) 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  баз  експ шук  С  gn1      базп  w n2  1n3 t ер екс    n4 шу кп е кс  де П m  rp / rcт m  p / ст m лообмінного обладнання для органічних сумішей. В основу корисної моделі поставлено задачу створення способу визначення коефіцієнта тепловіддачі за умов конвективного теплообміну органічної суміші, в якому за рахунок більш точного вибору модельної рідини та її параметрів, а також використання її теплофізичних властивостей досягається можливість коректного визначення  шук через  баз , що призводить до змеексп експ ншення похибки визначення шук та підвищення ер ефективності теплообмінного обладнання. Поставлена задача досягається тим, що залежність визначається з врахуванням напряму теплообміну  баз  експ де баз експ   П m б , g  t 0,25   0,54  (3) - коефіцієнт, що врахо 0,25 вує всі параметри, які входять в критеріальне рівняння для базового режиму теплообміну, окрім теплофізичних властивостей, П m  rp / rcт m  p / с т m б б б - поправка на напрямок теплообміну в суміші в базовому режимі, а експериментально-розрахунковий шуканий коефіцієнт тепловіддачі шук визначають за структуер рованим критеріальним рівнянням   m, (4) - поправка на напрямок теплообміну в суміші в шуканому режимі; t  tc  t0 ,де tс - 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; 5 56758 6 w - визначальна швидкість, м/с; дини та її теплофізичних параметрів здійснюють з l - визначальний розмір, м; урахуванням  баз та tс, а значення поправок експ g - прискорення вільного падіння, м/с2; на напрямок теплообміну в базовому режимі розРrр - критерій Прандтля за температури рідини раховують методом послідовних наближень за (суміші); допомогою теплофізичних властивостей модельРrст - критерій Прандтля за температури стінної рідини, приймаючи в першому наближенні моки; дельною рідиною воду, та значення ПТФВ і значенС - константа, що залежить від режиму теплоня поправок на напрямок теплообміну в шуканому обміну; режимі розраховують з використанням теплофізиn1, n2, n3, n4 - показники степеня; чних властивостей модельної рідини. з врахуванням комплексу фізичних властивостей, В таблиці представлено складові структуроващо відповідає шуканому режиму теплообміну ного критеріального рівняння (4) для різних режишук  експ , який визначають за допомогою функції мів теплообміну, які здійснюються в елементах перетворення ПТФВ, причому вибір модельної рісистем біоконверсії. Таблиця Режим теплообміну 1  шук експ ПТФВ n1 n2 n3 n4 C m 2 3 4 5 6 7 8 9 Вимушена конвекція в трубах і кільцевих каналах ПТФВ = 0 1 .Ламінарний, 0,57  p,1 0  p 0,43 шук p,15  p0,15  експ =   Cp  p в'язкісно0   Cp  p 0,18 0,1 0,33 0,37 0,1 0,15 0,25 p,1 0,18 гравітаційний p     Вільна конвекція біля вертикальної стінки  шук = експ 2. Ламінарний  0 0,75  p,25 p 0 p,25   Cp  p 0,25 0,25 0,76 0,25 0,25 p  Cp  p 0,08 p  p 0,08 0,33 0,33 0,15 0,25 0,01 ПТФВ =1 0,25 0,25 0,54 0,25 0,25 ПТФВ = 1 0,25 Вільна конвекція біля горизонтальних труб 3. Турбулентний  шук = експ  0 0,67  p,33 p 0 p,33   Cp  p ПТФВ= 0,33  шук = експ 4. Ламінарний  0 0,75  p,25 p 0 p,25   Cp  p 0,25 В табл.: p - коефіцієнт температурного розширення суміші, С-1; p - кінематична в'язкість суміші, м2/с;  p - коефіцієнт теплопровідності суміші, Вт/(м К); p - густина суміші, кг/м ; Сp - теплоємність суміші, . 3 кДж/(кг.К). На кресленні представлено зіставлення експериментальних значень коефіцієнта тепловіддачі шук , та отриманих за ЕРМ шук для мелясної експ ер барди в діапазоні температур t=20-100C і масових концентрацій с=30,6-49,1%, режим теплообміну в'язкісно-гравітаційний при ламінарній течії в кільцевому каналі: еквівалентний діаметр dекв=50мм, швидкість течії суміші w=0,2; 0,4; 0,6м/с. Спосіб здійснюється наступним чином. Для даної органічної суміші, інформація по теплофізичним властивостям якої обмежена, гіпотетично визначають умови теплообміну, оцінюють режим теплообміну, приймають відповідне критеріальне рівняння теплообміну і, отже, відповідне структуроване рівняння. Визначають температуру шуканого режиму tшук і за допомогою експериментальної установки для дослідження тепловіддачі за умов вільної конвекції проводять базовий експеримент по теплообміну в органічній суміші при температурі суміші tс=tшук, в результаті чого визначають баз . експ Розраховують значення комплексу фізичних властивостей в базовому режимі теплообміну для кожної із модельних рідин [КФВб]м використовуючи їхні відомі теплофізичні властивості, але при різних концентраціях і в різних діапазонах температур, при цьому, в якості модельної вибираються такі рідини, теплофізичні властивості яких достатньо досліджені: соапсток, мелясна барда, цукровий розчин, водний розчин гліцерину тощо. Розрахунки проводять за формулою 7  б   0  0,75  p,25  р  0,25 p  56758   C   p p   0,25. Визначають  баз за формулою (3), де експ значення поправки на напрямок теплообміну в суміші в базовому режимі ПНТ m б розраховують методом послідовних наближень за допомогою теплофізичних властивостей модельних рідин, приймаючи в першому наближенні модельною рідиною воду. Виконують аналіз теплофізичних властивостей всіх модельних рідин і для кожної з них підбирають такий діапазон визначальних параметрів концентрацій сМ, % і температур tM, С, при якому значення розрахункового комплексу фізичних властивостей кожної із модельних рідин [КФВб]М співпадає з визначеним комплексом фізичних властивостей  баз . експ Тобто, за умови  баз  [КФВб]М вибирають перелік модельних експ рідин з різними визначальними параметрами для досліджуваної суміші. Зіставляючи температури вибраних модельних рідин tM і температуру суміші tс, остаточно приймають таку модельною рідину і з такою концентрацією сМ%, температура якої найближча до температури досліджуваної суміші, при цьому залишається необхідною умовою рівність  баз  [КФВб]М. Вважають, що теплофізичні експ параметри досліджуваної суміші ідентичні до теплофізичних параметрів вибраної модельної рідини. Використовуючи структуроване рівняння, що описує шуканий режим теплообміну, та теплофізичні властивості вибраної модельної рідини, визначають ПТФВ (табл.), поправку на напрямок теплоо 8 Визначають комплекс фізичних властивостей для шуканого режиму  шук , використовуючи експ ПТФВ. У вибране структуроване критеріальне рівняння, яке відповідає шуканому режиму теплообміну, підставляють значення комплексу фізичних власшук тивостей для шуканого режиму  експ і визначають експериментально-розрахунковий коефіцієнт тепловіддачі для шуканого режиму теплообміну  шук . ер Вищенаведений спосіб, починаючи з визначення  баз , повторюють для кожної точки баексп зового експерименту. Виконано зіставлення експериментальних значень коефіцієнта тепловіддачі шук , та отриексп маних за ЕРМ  шук для мелясної барди (див. креер слення). Шуканий режим теплообміну - в'язкісногравітаційний при ламінарній течії в кільцевому каналі: еквівалентний діаметр dекв=50мм, швидкість течії суміші w=0,2; 0,4; 0,6м/с. Значення експериментального коефіцієнту тепловіддачі шук експ отримані за допомогою чисельного експерименту з використанням відомого критеріального рівняння в діапазоні температур t=20-100С і масових концентрацій с=30,6-49,1%. Із креслення видно, що розбіжність між коефіцієнтами тепловіддачі визначеними згідно даного способу і за відомими критеріальними рівняннями не перевищує 10%. бміну в субстратах в шуканому режимі   m , здійснюють уточнення і перевірку правильності вибору шуканого режиму теплообміну. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601