Способ комплексного определения эффективных коэффициентов аксиальной теплопроводности и теплоотдачи плотного фильтруемого слоя и устройство для его осуществления

Способ комплексного определения эффективных коэффициентов аксиальной теплопроводности и теплоотдачи плотного фильтруемого слоя и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к экспериментальному определению эффективных коэффициентов теплопереноса (аксиальной теплопроводности и теплоотдачи ) плотного фильтруемого слоя. Целью изобретения является расширение информативности и сокращение времени измерений за счет раздельного определения из одного опыта эффективных коэффициентов теплопереноса. Способ комплексного определения эффективных коэффициентов аксиальной теплопроводности и теплоотдачи плотного фильт. руемого слоя заключается в измерении мощности внутреннних источников тепла , локальных температур стенки торцового теплообменника, расхода газа и температурных полей газового и твердого компонентов при Re :50 с по- . следующим вычислением искомых коэффициентов путем сравнения экспери- .ментальных температурных полей с рассчитанными по формулам. Устройство содержит заполненный слоем частиц корпус с теплоизолированной боковой поверхностью, газораспределительную решетку, систему подачи и регулирования расхода газа, торцовый теплообменник , термопары для измерения локальных температур газа, частиц и стенок торцового теплообменника, расходомер , систему измерения мощности внутренних источников тепла.. Горячие спаи термопар для газа снабжены экранами, все термопары через переключатель с общим холодным спаем подключены к вольтметру. Электрический ток подается в слой от сети через автотрансформатор и стабилизатор с помощью перфорированных электродов. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 1 ил. i W со о ел N9 Од

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 N 25 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3982826/31-25 (22) 27.11.85 (46) 15.08.87. Бюл. В 30 (71) Одесский технологический институт холодильной промьпкпенности (72) Ц.А.Календерьян, В.В.Корнараки и М.А.Грабовская (53) 536;6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 834481, кл. G 01 N 25/18, 1979.

Аэров М.Э. Тодес О.М., Наринский Д.А. Аппараты со стационарным зернистым слоем. Л.: Химия, 1979, с. 113. (54) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ЭФФЕКТИВНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ АКСИАЛЬНОЙ

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ И ТЕПЛООТДАЧИ ПЛОТНОГО ФИЛЬТРУЕМОГО СЛОЯ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к экс" периментальному определению эффективных коэффициентов теплопереноса (аксиальной тенлопроводности и теплоотдачи) плотного фильтруемого слоя.

Целью изобретения является расширение информативности и сокращение времени измерений за счет раздельного определения из одного опыта эффективных коэффициентов теплопереноса. Способ

ÄÄSUÄÄ 1330526 А1 комплексного определения эффективных коэффициентов аксиальной теплопроводности и теплоотдачи плотного фильт. руемого слоя заключается в измерении мощности внутреннних источников тепла, локальных температур стенки торцового теплообменника, расхода газа и температурных полей газового и твердого компонентов при Ке<50 с последующим вычислением искомых коэффициентов путем сравнения экспериментальных температурных полей с рассчитанными по формулам. Устройство содержит заполненный слоем частиц корпус с теплоизалированной боковой поверхностью, газораспределительную решетку, систему подачи и регулирования расхода газа, торцовый теплообменник, термопары для измерения локальных температур газа, частиц и стенок торцового теплообменника, расходомер, систему измерения мощности внутренних источников тепла.. Горячие спаи термопар для газа снабжены экранами, все термопары через переключатель с общим холодным спаем подключены к вольтметру. Электрический ток подается в слой от сети через автотрансформатор и стабилизатор с помощью перфорированных электродов. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1330526

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для комплексного экспериментального определения в одном опыте эффективных коэффициентов теплопереноса (аксиальной теплопроводности и теплоотдачи) газового и твердого компонентов слоя, через который фильтруется газ (жидкость). Коэффициенты необходимы при расчетах теплопереноса в дисперсных системах типа "плотный фильтруемый слой". Такие системы .широко применяются в контактных химических реакторах, установках- энерготехнологической переработки топлив, высокотемпературных газоохлаждаемых реакторах, аппаратах для сушки, термообработки разнообразных сыпучих материалов. Они перспективны также для каталитических генераторов тепла, аккумуляторов тепловой и солнечной энергии.

Целью изобретения является расширение информативности и сокращение времени измерений за счет раздельного определения из одного опыта эффективных коэффициентов теплопереноса;

На чертеже приведена схема устройства.

Пример. В корпус устройства на газораспределительную решетку засыпают слой частиц, обеспечивая равномерную структуру и порозность слоя по сечению.

С помощью системы подачи газа создают одномерный поток газа через слой устанавливая расход, обеспечивающий необходимую скорость фильтрации (с учетом условия R„ 50, т.е.

= 50 — ). т

Создают одномерный аксиальный тепловой поток в выходном сечении слоя, подавая теплоноситель с известной температурой в торцовый теплообмеH ник, при этом, если действующие в слое внутренние источники положительны, то с помощью торцового теплообменника обеспечивают отвод тепла., если внутренние источники отрицательны, подвод тепла, кроме того, обеспечивают равномерность температуры стенки торцового теплообменника, осуществляя в нем испарение или конденсацию теплоносителя.

После наступления стационарного теплового режима 4-5 раз измеряют ()

55 температуру газа и частиц в различных сечениях по высоте слоя, температуру стенки торцового теплообменника в нескопьких точках, расход газа, мощность внутренних источников (стоков) тепла в слое.

Измерение температуры газа и частиц сравнивают с рассчитанными по. формулам при различных значениях коэффициентов акксиальной теплопроводности газового и твердого компонентов, 11 и теплоотдачи

% % сг ст аг ° т ах о,, М, . В качестве достоверных принимают. такие значения искомых коэффициентов, при которых расчетные температуры отличаются от измеренных не более чем на З .

Устройство содержит заполненный плотным слоем частиц корпус 1 с теплоиэолированной боковой поверхностью, газораспределительную решетку 2, систему 3 подачи и регулирова- . ния расхода газа (воздуха), торцовый теплообменник 4, термопары 5, 6 и У для измерения локальных температур воздуха, частиц и стенки торцового теплообменника соответственно, расходомер 8, систему 9 измерения мощности внутренних источников тепла. Газораспределитепьная решетка представляет собой перфорированную пластину живым сечением 80Х служит опорой для исследуемого слоя частиц и обеспечивает распределение воздуха, подаваемого в слой. Торцовый теплообменник снабжен сквозными трубами для отвода воздуха, межтрубное пространство подключено к системе подачи холодного теплоносителя (на схеме не показана).

Горячие спаи термопар, измеряющих температуру газа, расположены в межзерновом пространстве и снабжены экранами 10, предназначенными для умень . шения погрешности за счет излучения частиц. Горячие спаи термопар, измеряющих температуру частиц, зачеканены в частицы на расстоянии 1,5 мм от поверхности ° Термопары размещены на оси слоя в различных сечениях по высоте. В нескольких сечениях термопары установлены на различных расстояниях от оси с целью проверки равномерности распределения температур. Через переключатель с общим холодным спаем

11 термопары подключены к цифровому вольтметру 12. Электрический ток подается в слой от сети через автотран1330526

bd

+КР е +—

4 ? ас

1 где К

-Р (, е

К 1

К16

Кгг P " K ? з — -е + е 3

Z Z

К? (Р. - P? — Р,? 1, +

Кг<

Кз?

Кз

Z (Р,— P,) (.

К?

4

К4

Кн ас

bd P2 - Р

ХХ °

К, Р> Paa — Р, Рдг

= В

Ю. = = °

Р Р

?4 Р Р

Р4РО Р РЭЪ

= В а

Yl Р Р э +

К,.

16 сформатор 13 и стабилизатор 14 напряжения с помощью пластинчатых перфо— рированных электродов 15, расположенных во входном и выходном сечениях.

Сквозные трубы торцового теплообменника размещены равномерно с шагом

1,6 калибров частиц, диаметр труб составляет 3 калибра частиц, а суммарное живое сечение труб — 757. площади по в 0 перечного сечения теплообменника.

Устройство работает следующим образом.

Корпус 1 равномерно заполняют исследуемыми частицами, включают 15 вентилятор 3, устанавливают с помощью шибера необходимый расход воздуха через слой. От системы подвода теплоноситель подают в межтрубное пространство торцового теплообменника 4, 20 обеспечив заданные температуру и расход. Подключают слой к электросети, устанавливают параметры тока, обеспечивающие необходимое тепловыделение в слое.Воздух, проходящий через слой, отводит часть тепла, выделяющегося в слое, и удаляется в атмосферу через сквозные трубы торцового теплообменника 4. Часть тепла, выделяемого в слое, отводят от выходного сечения слоя через поверхность торцового теплообменника теплоносителем, протекающим в межтрубное пространство. В результате в слое создается одномерный тепловой поток

35 и формируется одномерное температурное поле. Через определенное время после начала работы устройства устанавливают стационарный тепловой режим, При стационарном режиме измеря- 40 ют локальные температуры частиц, газа и стенки торцового теплообменника, расход воздуха, мощность внутренних источников тепла (мощность тока, протекающего через слой).

Измеренные в центре слоя температуры сопоставляют с рассчитанными по формулам и из условия их совпадения с заданной точностью находят искомые коэффициенты теплопереноса компонентов слоя.

Формула изобретения

1. Способ комплексного определения эффективных коэффициентов аксиальной теплопроводности и теплоотдачи плотного. фильтруемого слоя частиц при одномерном аксиальном тепловом потоке, включающий измерения локальных температур стенки и гаэа и расхода газа с последующим вычислением по полученным данным искомых коэффициентов путем сравнения измеренных температур с расчетными, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения информативности и области применения способа за счет раздельного определения из одного опы" та эффективных коэффициентов аксиальной теплопроводности и теплоотдачи газового и твердого компонентов слоя с равномерно распределенными внутренними источниками тепла, дополнительно измеряют их мощность и локальные температуры частиц, а искомые коэффициенты теплопередачи вычисляют из условия совпадения измеренных температур с рассчитанными по формулам

Р Р< Рх bd

t,=К+Ке +Ke +Ке + — х

< г 3 Ф ас

d Р P?ч

=К+ — +КР е +Р e + т 33

К.«К ?г (д- Рз) (.

t + --"- — — -е

? Го Z Z (Рд- Р )(K - P< L е + — -е

Z (Рд Р3 4) е

K«P " К4г (д Рз P4)L

Z Z (Pg-Pa)

Р— Р bd Рг -Paa, 44

Р «ac Р

bd P Р44

К ° 22 4 °

21 аС Р

КФ-Ы-В

32 р 12

Р В

31 Р 14

Р22 Р44

33

bd Р22 Ръ3

К

«в» ° ас P

Z=P

44 22

) (t) -) )) ) . сТ

1) ) (т )., ter ) Г.СП

CY

04т (т с ), B

В

М

Хт. ак

Р2

+ °

P = 1 г ар, — P2

2. °

33

aP4 — Р

+ 4 к

44 р2 ар2 . (Ь+с)Р+ас =0; -)ч а). 3

Ь

У гак а

+ У 1 гак — -В К = - -В

Р4, P

22 Р 13 s 23 р 14

2 2

Р22 В . Р:.3

41 р 13 42 р 12

4 4

 =BP -P — — (P, -1)

bd

22

В=ВР-В--(P1) °

bd

2З 2 ас 3Э

 = P - — — (P -1)

bd

14 1 44 2. gg 44

Р2, РЭ, P„— корни кубического уравнения;

1330526 6 теплоотдачи, 11 — эффективная теплопроводность компонента в слое, r газовый компонент, т — твердый компонент, м — межкомпонентный, ст — стен5 ка, уд — удельный; о — входное сечение; L — выходное сечение, ак — аксиапьный.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что измерения прово10 дят при числах Рейнольдса не более

50, мощности внутренних источников тепла не менее 103 Вт/м, при этом локальные температуры частиц и газа измеряют в одних и тех же сечениях !

5 слоя, причем у выходного сечения на участке высотой 15-20 калибров частиц, температуры измеряют на расстояниях в 1-2 калибра частиц.

Устройство для комплексного оп20 ределения эффективных коэффициентов аксиальной теплопроводности и тепло.отдачи плотного фильтруемого слоя частиц при одномерном аксиальном теп1 ловом потоке, содержащее корпус с

>5 теплоизолированной боковой поверхностью, газораспределительную решетку, сис т ему подачи газ а, торцовый теплообменник со сквозными трубами для отвода газа, термопары для измерения, 30 локальных температур стенки и газа, расходомер для газа, о т л и ч а ю — . щ е е с я тем, что, с целью расширения информативности и области применения устройства за счет раздельЗ5 ного определения из одного опыта эффективных коэффициентов аксиальной теплопроводности и теплоотдачи газового и твердого компонентов слоя с равномерно распределенными внутренними источниками тепла, оно снабжено дополнительно термопарами для измерения температуры частиц, расположенными в тех же сечениях, что и термопары для газа, и системой измерения

45 мощности внутренних источников тепла, соединенной с плотным фильтруемым слоем, в котором эти источники содержатся. о )а„3 с

Ф t так где а — поверхность частиц в единий це объема слоя; с — теплоемкость;

G — ; Ь вЂ” длина участка; q — объемная производительность внутренних источников, — температура,.х — расстояние от входного сечения, с — коэффициент

4. Устройство по п.3, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что сквозные трубы торцового теплообменника размещены равномерно по сечению с шагом

1,3-1,6 калибров частиц, их сечение

5 составляет 70-807. площади выходного сечения, а отношение их внутреннего диаметра к калибру частиц составляет 2-3.

1330526

220

Составитель В.Терешин

Техред А.Кравчук Корректор А.Зимокосов

Редактор Л.Повхан

Заказ 3575/45 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5. Устройство по п.3, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что диаметр слоя составляет 30-40 калибров частиц, высота слоя — 80-100 калибров частиц, а живое сечение газораспределительной решетки 80-85Х.