Способ определения теплофизических параметров

Способ определения теплофизических параметров

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскмк

Соцмалмстмческмк

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

<1,787957 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 27.1078 (21) 2679339/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 153280 Бюллетень ¹ 46

Дата опубликования описания 151 230 (51) М. Кл.

G 01 Y 13/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 543. 540!

088.8) (72) Авторы изобретения

A. Г. 1!ашков, Т. H. Абраменко, А. 1.. Золотухина и О. A. Коленчиц

Ордена Трудового Красного Знамени институт тепло-. и массообмена им. А.В.Лыкова АН Белорусской (CP (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПАРА." FÒÐÎÂ где

Изобретение относится к измерительной технике, используемой в молекулярной физике и теплофиэике, и предназначено для определения коэффициента термодиффузии газовых смесей при вы- 5 соких температурах.

Известны экспериментальные способы определения термодиффузионного разделения газовых смесей, заключающиеся в измерении разности концентрации, воз- 10 никшей в газовой смеси при наличии в ней температурного градиента. Ocнов— ными из них являются способ 2-х балонного аппарата, качающегося разделителя и термодиффузионной колонки.

Полученные экспериментальные значения термодиффуэионного разделения используют для расчета коэффициента термодиффузии по формуле

20 коэффициент взаимной диф фузии газовых смесей; д — термодиффузионная пос то- 25 т янная;

Х )е — концентрации компонентов

4! ф газовых смесей (1).

Все эти способы относятся к стационарным, так как измерение разделе- 30 ния газовых смесей осушествляетс я при установившемся температурном градиенте, который создается либо непосредственно нагревом стенок сосуда, содержащего газовую смесь, либо нагретой проволокой.

Отсюда следует ограниченность температурного диапазона известных способов определения коэффициента термодиффузии, так как нагревание смеси свыше 20000 К в известных способах определения термодиффузионного разделения не является возможным.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является Способ определения коэффициента теплопроводности газовых смесей при высоких температурах (1000 — 6000 К) с помощью ударной трубы (2) .

По э тому с пос обу в исследуемой газовой смеси, находящейся в камере низкого давления ударной трубы, создают ударную волну, распространяющуюся вдоль трубы и отражающуюся от торцовой стенки камеры, измеряют поле скоростей и поле температур, затем на основе полученных результатов опреде787957 ляют коэффициент теплопронодности газовой смеси по фор луле

5 где T<, T — температура торцовой стенки камеры низкого давления в начальный момент времени до прохождения ударной волны, и после отражения ударной волны соответственно; Т вЂ” темпе. ратура исследуемого газа в средней части (в пространстве) камеры низкого давления эа отраженной ударной волной; p — плотность газа при температуре Т, рассчитываемая по уровню состояния; С вЂ” удельная теплоемкость

Р газовой смеси при постоянном давлении и температуре Т; Р,, С вЂ” теплопроводность, плотность, теплоемкость материала торцовой стенки ударной (трубы при температуре Т 20

По этому способу воздействие удар ной нолны на исследуемую смесь газов нагревает ее скачком в течение короткого времени так, что температура стенок ударной трубы повышается незначительно (при Т = 6000 К максималь ное изменение температуры стенок ударной трубы достигает 370), что позволяет расширить температурный диапазон исследования свойств газовых смесей.

Однако по иэнестному способу возможно определить лишь коэффициент теплопроводности газов и газовых смесей.

Следует при этом заметить, что если в ударной трубе исследуется газовая смесь, то наряду с передачей тепла теплопроводностью под действием гра диента температуры возникает также перенос массы нследствие эффекта термической диффузии и тем больше, чем 40 выше температура.

Цель изобретения — расширение Функциональных возможностей способа.

Укаэанная цель достигается тем, чем дополнительно измеряют KoHUeHTpa- 4 цию газовой смеси за отраженной ударной волной н двух точках: у торцовой стенки в камере низкого давления ударной трубы и в средней ее части, и определяет коэффициент термодиффузии по формуле r» т -хр

-1=ус

М4 где Х вЂ” коэффициент теплопронодности

55 газовой смеси; Я вЂ” плотность исследуемой газовой смеси в камере низкого давления при Т ; C> — теплоемкость исследуемой газовой смеси; х т центрация первой компоненты газовой смеси у торцовой стенки за отраженной ц)

1 «р ударной волной; х « — концентрация первой компоненты газовой смеси в средней части камеры низкого давления за отраженной ударной волной; Т,— температура торцовой стенки низкого давления после отраже ни я ударной волны; Т вЂ” температура газовой смеси в средней части камеры низкого давления за отраженной ударной волной. (х - x — неличина разделения газо1 ф Ю« ной смеси) .

Предлагаемый способ кроме коэффициента теплопроводности позволяет определить коэффициент термодиффузии что расширяет возможности теплофизйческого эксперимента.

На фиг . 1 предстанлеча схема расположения датчиков в ударной трубе; на фиг. 2 — направление луча света, преломляемой трехгранной призмой.

Рассмотрим устройство для определения коэффициента термодиффузии, реализующее предлагаемый способ н случае, когда н качестне датчиков концентрации газовой смеси используется трехгранная стеклянная призма с источником светового луча и Фотоприемником.

Устройство содержит ударную трубу

l (Фиг. 1), разделенную мембраной 2 на две камеры: камеру 3 высокого давления и камеру 4 низкого давления. В камере: 4 низкого давления установлены датчики 5 поля температур и поля скоростей, соединенные с регистрирующим блоком, а также дне трехгранные стеклянные призмы 7 и 8, причем призма 7 (фиг. 1 и 2) установлена н средней части камеры 4 низкого давления, а приз ла 8 — вблизи торцовой стенки 9 камеры 4 низкого давления.

В этой же камере 4 установлены источники света 10 и 11 и фотоприемники

12 и 13, соединенные с регистрирующими блоками 14 и 15.

Устройство, реализующее способ определения коэффициента термодиффузии при высоки:: температурах, работает следующим образом.

В стационарном состоянии исследуемая смесь газов в камере 4 низкого давления имеет некоторый постоянный коэффициент преломления, отличаю бийся от коэффициента преломления стеклянной призмы. Поэтому луч 16 света (фиг. 1 и 2), выходящий из источника

10 и падающий на поверхность призмы

7, преломляется и попадает на Фотоприемник 12 по пути, обозначенном сплошной линией.

Аналогично ведет себя луч света, проходя,ий и через призму 8. С разрывом мембраны 2 (фиг. 1) в камере 4 низкого давления создается ударная нолна, которая расгространяется вдоль ударной трубы 1, что фиксируется датчиком 5 поля скоростей, достигает торцовой стенки 9 и отражается. Воздействие ударной волны на исследуемую смесь газов нагревает ее скачком в течение короткого времени, что регистрируется блоком б. Одновременно вблизи торцовой стенки 9 после отражения ударной волны создается значи78795 тельный градиент температуры. Последний вызывает разделение газовой смеси в камере 4,вследствие чего изменяется концентрация смеси газов, приводящая к изменению коэффициента преломления газовой смеси. При этом угол преломления светового луча 16 (фиг. 2) призмой 7 изменяется и луч достигает фстоприемника 12 по одному из путей, обозначенных пунктиром.

Фотоприемник 12, чувствительный к изменению положения светового луча, вьдает сигнал на регистрирующий блок

14 (фиг. 1) .

Аналогичный процесс происходит и с гучем света, проходящим через приз.му 8.

Таким образом, регистрирующие блоки 14 и 15 зарегистрируют величину изменения концентрации газовг и смеси: блок 14 в средней части камеры 4, блок 15 вблизи торцовой стенки 9. Разница этих концентраций дает нам величину разделения газовой смеси при высокой температуре, т.е. x„ — х ™, т которое используется для определейия коэффициента термодиффуэии по формуле (2) .

В качестве датчика концентрации газовой смеси мсжет, быть применен монохроматический луч лазера, включенного по схеме интерферометра. В этом случае в средней части камеры низкого давления и у торцовой стенки в противоположных сторонах боковой поверхности проделываются окна для прохон,денив светового луча. В качестве регистрирующего блока может быть ,использована скоростная кинокамера.

Предлагаемый способ позволяет пропроводить определение коэффициента термодиффуэии при более высоких температурах (1000 — 6000 К) по сравнению известными способами и расширитьвозможности теплофизического эксперимента в сравнении с известным, а также не требует специальной термодиффузионной аппаратуры.

Формула изобретения

Способ определения теплоЛиэичес ких параметров, включающий создание ударной волны в камере низкого давле5 ния ударной трубы измерение поля скоР рос тей, поля температур и определение коэФфициента теплопроводности, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных воэ10 можностей способа, дополнительно измеряют концентрацию газовой смеси за отраженной ударной волной в двух точках: у торцовой стенки в камере низкого давлен .я ударной трубы и в средней ее части, и определяют коэфФициент

15 термодиффузии по формуле

Т

Т Х У

1 91 Т

P П

Т

20 где - коэффициент теплопроводности газовой смеси; Я вЂ” плотность исследуемой газовой смеси в камере низкого давления; C> — теплоемкость исследуемой газовой смеси; х 4" — концентрация первой компонентй газовой смеси у торцовой стенки за отраженной ударной волной; х — концентрация первой

3 компоненты газовой смеси в средней части камеры низкого давления за отЗр раженной ударной волной; Т вЂ” температура торцовой стенки как..еры низкого давления после отражения ударной волны; Т вЂ” температура гаsGE3ol" смеси в средней части камеры низкого давле35 ния эа отраженной ударной волной.

Источники информации, принятые во внимание при эксперти-;е

1. Грю К.Э., Иббс Г.Л. Термичес—

40 кая диффузия в газах . ГИТТЛ, М., 1956, с. 57.

2. CotCins D. ., Greige B., Вгуяоп .А.Е. Г. Heat Иаяя. Fransfer 8.,1209, 1965 (прототип) .

787957

Сос т ав ит ел ь С . Белов одче нк о

Техред Н. Ковалева КорректорМ.Демчик

Редактор A.Долинич

Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Эаказ 8340/49

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4