УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛООТДАЧИ ДВУХ ТЕПЛООБМЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Полезная модель относится к устройствам для сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи двух теплообменных поверхностей и может быть использована для вынесения экспериментальных заключений об эффективности теплообменных поверхностей, используемых в различных энергетических устройствах и системах, а также в научно-исследовательской деятельности при изучении вопросов теплообмена.
Известно устройство для сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи, включающее в себя газодинамический продувочный стенд, в котором устанавливается образец теплообменной поверхности, снабженный встроенной системой нагрева и измерителями температуры поверхности, расположенными в ее характерных точках, причем величина интегрального коэффициента теплоотдачи определяется по полуэмпирическим зависимостям, связывающим измеренные температуры поверхности с локальными коэффициентами теплоотдачи, а сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи двух теплообменных поверхностей производится по результатам двух последовательных продувок (Гортышов Ю.Ф., Попов И.А., Олимпиев В.В., Щелчков А.В., Каськов С.И. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов инетенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования. Казань, Изд-во Центр инновационных технологий, 2009 г. 530 с. В разделе: экспериментальное исследование гидродинамики и теплообмена в каналах со сферическими выемками, с.256-265).
К недостаткам данного устройства необходимо отнести следующее. Во-первых, недостаточно высокую производительность, поскольку необходимо проводить минимум по одной продувке каждого образца теплообменной поверхности. Во-вторых, недостаточно высокую степень надежности поддержания теплофизических режимных параметров при продувке, например, условия постоянства температуры поверхности обдуваемого образца теплообменной поверхности с нанесенными на ней интенсификаторами теплообмена (например, кавернами). Это происходит из-за того, что в любом поперечном сечении такого образца теплообменной поверхности имеются участки с различной толщиной металла и, как следствие, они имеют различное электрическое сопротивление и нагреваются до различной температуры. Изначально недостаточно точное поддержание условия постоянства температуры приводит к получению недостаточно достоверных экспериментальных данных. В-третьих, недостаточно высокая достоверность определения интегральных коэффициентов теплоотдачи вследствие необходимости использования недостаточно точных полуэмпирических зависимостей и допущений, что обусловлено очень большой сложностью газодинамических и теплообменных процессов, протекающих при обтекании потоком воздуха теплообменных поверхностей с интенсификаторами-кавернами.
В целом необходимо отметить, что устройство-прототип имеет недостаточно высокую производительность и недостаточно высокую достоверность результатов сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи двух теплообменных поверхностей, особенно в том случае, когда их численные значения мало отличаются.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении производительности работ и в повышении достоверности результатов сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи двух теплообменных поверхностей.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для сравнения интегральных коэффициентов теплоотдачи, содержащем газодинамический продувочный стенд, в котором последовательно устанавливаются два образца теплообменных поверхностей, новым является то, что в его состав введена ячейка с минимальным аэродинамическим сопротивлением, позволяющая одновременно и герметично устанавливать два испытуемых образца теплообменных поверхностей с одинаковыми габаритными размерами зеркально друг к другу и параллельно вектору скорости набегающего потока с образованием двух герметичных и геометрически идентичных контрольных объемов, полости которых соединены с измерительными полостями дифференциального манометра, причем синхронное обдувание двух испытуемых образцов теплообменных поверхностей производится после их совместного термостатирования до температуры, которая ниже температуры обдувающего воздуха, а вывод о том, что интегральный коэффициент теплоотдачи какого из испытуемых образцов выше, делается на основании показаний дифференциального манометра.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется на фиг.1 и 2, где:
Фиг.1 - разрез заявляемой полезной модели;
Фиг.2 - обобщенная временная диаграмма ее работы.
нп
нач
Σ1
Σ2
Σ1
Σ2
1 - газодинамический продувочный стенд; 2 - ячейка; 3 - испытуемый образец теплообменной поверхности; 4 - контрольный объем; 5 - единичный интенсификатор теплообмена;  - вектор скорости набегающего потока воздуха; Т - температура, Т - температура набегающего потока воздуха; Т - начальная температура поверхности образцов поз.3; α, α - интегральные коэффициенты теплоотдачи испытуемых образцов 3 за №1 и №2 (α, >α); ΔР - перепад давления по показаниям дифференциального манометра; τ - время.
Заявляемая полезная модель содержит газодинамический продувочный стенд 1, создающий набегающий поток воздуха со скоростью , ячейку 2 с минимальным аэродинамическим сопротивлением, полностью симметричную относительно вектора , которая крепится к боковым стенкам газодинамического продувочного стенда 1, два испытуемых образца теплообменник поверхностей 3, выполненных в виде прямоугольных параллелепипедов с одинаковыми габаритными размерами и из одного и того же материала, с односторонне нанесенными интенсификаторами теплообмена 5 и установленные зеркально друг к другу и параллельно вектору скорости набегающего потока. Плоскости образцов 3, на которых нет интенсификаторов теплообмена 5, совместно с выборками в теле ячейки 2 образуют два герметичных и геометрически идентичных контрольных объема 4, полости которых соединены с измерительными полостями дифференциального манометра. Перед началом продувки испытуемые образцы 3 совместно термостатируются (возможно совместно с ячейкой 2, в сборе) до температуры, которая ниже температуры обдувающего воздуха.
Σ
Заявляемая полезная модель работает следующим образом. Набегающий воздушный поток обтекает испытуемые образцы теплообменных поверхностей 3, которые находятся в совершенно одинаковых геометрических и термогазодинамических условиях, и эти поверхности начинают нагреваться и нагревать воздух в контрольных объемах 4 в соответствии с законами конвективного теплообмена и теплопроводности, причем в герметичных объемах 4 рост температуры ведет к линейному возрастанию давления, а также перепада давлений по показаниям дифференциального манометра. Тот испытуемый образец 3, величина α которого больше, соответственно, быстрее и нагревается, т.е. к измерительной полости дифманометра с большим давлением однозначно подключен испытуемый образец 3 с большей величиной интегрального коэффициента теплоотдачи (см. фиг.2).
Необходимо отметить, что синхронный обдув обоих испытуемых образцов теплообменных поверхностей в сочетании с полной геометрической идентичностью обеих половин ячейки в сборе относительно горизонтальной оси симметрии газодинамического продувочного стенда создает уникальную возможность избежать множества методических ошибок, вызванных раздельными продувками испытуемых образцов и недостаточно высокой точностью используемых формул, что, безусловно, повышает достоверность результатов экспериментов и производительность экспериментальных работ.
Кроме того, заявленная полезная модель работоспособна и в том случае, если испытуемые образцы совместно термостатируются до температуры, которая выше температуры обдувающего воздуха. Однако в этом случае испытуемый образец с большей величиной интегрального коэффициента теплоотдачи однозначно подключен к измерительной полости дифманометра с меньшим давлением.