RU1778657C - Method and pilot plant for determining heat transfer coefficient - Google Patents
Method and pilot plant for determining heat transfer coefficientInfo
- Publication number
- RU1778657C RU1778657C SU904814878A SU4814878A RU1778657C RU 1778657 C RU1778657 C RU 1778657C SU 904814878 A SU904814878 A SU 904814878A SU 4814878 A SU4814878 A SU 4814878A RU 1778657 C RU1778657 C RU 1778657C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- heat
- heat transfer
- transfer coefficient
- hot
- Prior art date
Links
- 238000012546 transfer Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 13
- 238000012937 correction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000011160 research Methods 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011551 heat transfer agent Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Назначение: экспериментальна техника , теплообмен в рекуперативном теплообменнике со сложной пластинчато- ребристой поверхностью при идентичных поверхност х теплообмена по нагреваемой и охлаждаемой сторонам. Сущность изобретени : испытуемый теплообменник устанав- ливают в контур экспериментальной установки между технологическим теплообменником и нагревателем. Теплоноситель - воздух прокачивают через контур нагнетателем , нагрев ведут с помощью нагревательного элемента. Измер расход теплоносител расходомером и параметры теплоносител на входе и выходе теп- лообменника датчика давлени и температуры, определ ют коэффициент теплоотдачи через коэффициент теплопередачи с учетом поправки на изменение свойств теплоносител , при этом, регулиру мощность в нагревательном элементе и величину подачи воздуха нагнетателем, поддерживают разницу средних температур по гор чей и холодной сторонам .теплообменника в пределах 20-40°. 2с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.Purpose: experimental equipment, heat transfer in a recuperative heat exchanger with a complex plate-fin surface with identical heat transfer surfaces along the heated and cooled sides. SUMMARY OF THE INVENTION: A test heat exchanger is installed in the circuit of an experimental setup between a process heat exchanger and a heater. Heat carrier - air is pumped through the circuit by a supercharger, heating is carried out using a heating element. By measuring the flow rate of the heat carrier by the flow meter and the parameters of the heat transfer medium at the inlet and outlet of the heat exchanger of the pressure and temperature sensor, the heat transfer coefficient is determined through the heat transfer coefficient taking into account the correction for the change in the properties of the heat transfer medium, while adjusting the power in the heating element and the amount of air delivered by the supercharger, they support the difference average temperatures on the hot and cold sides of the heat exchanger within 20-40 °. 2s and 1 z.p. crystals, 1 ill., 1 tab.
Description
Изобретение относитс к экспериментальной технике изучени теплообмена и касаетс усовершенствовани средств определени тепловых характеристик тепло- обменных аппаратов, преимущественно пластинчато-ребристых рекуперативного типа.The invention relates to an experimental technique for studying heat transfer and relates to the improvement of means for determining the thermal characteristics of heat exchangers, mainly of a plate-ribbed regenerative type.
При создании энергетических установок и энергосберегающих технологий с газовыми теплоносител ми получили широкое распространение эффективные теплообменные аппараты с развитыми пластинчато-ребристыми поверхност ми.When creating power plants and energy saving technologies with gas coolants, efficient heat exchangers with developed plate-fin surfaces were widely used.
Сложность тепловых процессов, протекающих в них, не позвол ет рассчитывать характеристики в таких услови х по теоретическим модел м. Данна задача решаетс только расчетно-экспериментальным способом .The complexity of the thermal processes occurring in them does not allow one to calculate the characteristics under such conditions using theoretical models. This problem can only be solved by a calculation-experimental method.
Известны различные способы определени коэффициента теплоотдачи дл ореб- ренной теплообменной поверхности, подробно рассмотрены проблемы охлаждени элементов ЭВМ, основным типом теп- лообменных поверхностей которых вл ютс пластинчатые и пластинчато-реXI VIVarious methods are known for determining the heat transfer coefficient for a finned heat-exchange surface, the problems of cooling computer components are considered in detail, the main types of heat-exchanging surfaces of which are lamellar and lamellar
0000
о ел VIabout eating VI
бристые. При этом важнейшую долю в тепловом сопротивлении определ ют коэффициент теплоотдачи от поверхности теплообмена к хладоносителю (или обратно).shaved. In this case, the most important share in thermal resistance is determined by the heat transfer coefficient from the heat exchange surface to the coolant (or vice versa).
Величина коэффициента теплоотдачи зависит от многих факторов, колеблетс в широких пределах и требует экспериментального определени дл конкретного конструктивного исполнени поверхности теплообмена. Коэффициент теплоотдачи при этом определ ют расчетно-экспери- ментальным путем. Однако известный из этого источника способ определени коэффициента теплоотдачи дает значительную погрешность 10-12%, требует большого объема экспериментальных работ.The value of the heat transfer coefficient depends on many factors, varies widely and requires experimental determination for a specific design of the heat transfer surface. In this case, the heat transfer coefficient is determined by calculation and experimental means. However, a method for determining the heat transfer coefficient known from this source gives a significant error of 10-12%, requiring a large amount of experimental work.
Известны также работы, посв щенные изучению теплообмена в пластинчато-ребристых рекуперативных теплообменниках, в которых приведены специфические дл таких теплообменных поверхностей способы определени коэффициента теплоотдачи и соответствующие экспериментальные установки .Also known are works devoted to the study of heat transfer in plate-fin regenerative heat exchangers, which show methods for determining the heat transfer coefficient specific to such heat transfer surfaces and the corresponding experimental setups.
Известен метод исследовани при на- греве воздуха конденсирующимс вод ным паром. Однако он требует создани сложной системы пароснабжени , установки с точным контролем давлени и паросодер- жани греющей среды. Погрешность этого метода до 5%.A known method of research in heating air by condensing water vapor. However, it requires the creation of a complex steam supply system, an installation with precise control of pressure and steam content of the heating medium. The error of this method is up to 5%.
Известен метод теплообменника и экспериментальна установка дл его осуществлени , где приведена методика рас- четно-экспериментального определени коэффициента теплоотдачи. Известный из этого источника способ определени обеспечивает методическую погрешность пор дка 2%, из-за допущени погрешности при определении коэффициента теплоотда- чи дл воды. Этот метод основан на задании достаточно малым термического сопротивлени со стороны воды по отношению к той же величине со стороны воздуха. Вследствие этого коэффициент теплоотдачи возду- ха стремитс к коэффициенту теплоотдачи. Дл получени больших коэффициентов теплоотдачи воды требуютс значительные расходы воды (до 2 кг/с). Как следствие, экспериментальна установка выполн етс двухконтурной со своей системой измерени . Все это обуславливает значительные материальные и энергетические затраты на исследовани . Кроме того, недостатком этого метода вл етс то, что он требует преци- зионного измерени малых перепадов температур воды (0,4-2,5°С) и среднеинтег- ральных значений двумерного пол температур в сечении потока воздуха до и после теплообменного аппарата,A heat exchanger method and an experimental apparatus for its implementation are known, where a methodology for calculating the experimental determination of the heat transfer coefficient is given. The determination method known from this source provides a methodological error of the order of 2%, due to the error in the determination of the heat transfer coefficient for water. This method is based on setting a sufficiently small thermal resistance on the water side with respect to the same value on the air side. As a result, the heat transfer coefficient of air tends to the heat transfer coefficient. Significant water consumption (up to 2 kg / s) is required to obtain large heat transfer coefficients of water. As a result, the experimental setup is carried out bypass with its measurement system. All this leads to significant material and energy costs for research. In addition, the disadvantage of this method is that it requires precision measurement of small differences in water temperatures (0.4-2.5 ° C) and the average integral values of the two-dimensional temperature field in the cross section of the air flow before and after the heat exchanger,
Из известных технических решений наиболее близким объектом к за вл емому вл етс теплова аэродинамическа труба дл испытани газожидкостного теплообменника , прин ти за прототип, Способ определени коэффициента теплоотдачи на этом объекте подробно описан в упом нутой книге Г.И, Воронина, Е.В. Дубровского, с. 31-38 и заключаетс в нагреве теплоносител , прокачке его через исследуемую сторону теплообменника и охлаждении его с другой стороны водой с большим расходом, в измерении расхода, температур теплоносител и воды на входе и выходе по каждой стороне с последующим расчетом коэффициента теплоотдачи по исследуемой поверхности .Of the known technical solutions, the closest object to the claimed is a thermal wind tunnel for testing a gas-liquid heat exchanger, taken as a prototype. The method for determining the heat transfer coefficient at this object is described in detail in the mentioned book by G.I. Voronin, E.V. Dubrovsky, with. 31-38 and consists in heating the heat carrier, pumping it through the studied side of the heat exchanger and cooling it on the other hand with high flow rate water, in measuring the flow rate, temperatures of the heat transfer medium and water at the inlet and outlet on each side, followed by calculation of the heat transfer coefficient over the surface under study.
Прин та за прототип экспериментальна установка содержит два контура с различными теплоносител ми, оборудованных нагревателем, теплообменниками, циркул - тором, расходомерной емкостью, измерител ми давлени , температуры и расхода, а также трубопроводами и арматурой.The experimental setup adopted for the prototype contains two circuits with different heat carriers, equipped with a heater, heat exchangers, a circulator, a flow tank, pressure, temperature and flow meters, as well as pipelines and valves.
Прин тый за прототип объект обеспечивает проведение исследований с последующим определением коэффициента теплоотдачи дл исследуемой теплообмен- ной поверхности. Однако, приведенный в качестве прототипа объект имеет существенный недостаток, заключающийс в больших затратах на исследовательские работы, вызванных необходимостью создани дополнительного контура циркул ции жидкого теплоносител , изготовлением точных средств измерени малых перепадов температур жидкости и среднеинтегральных значений двухмерного пол температур в сечении потока воздуха, а также.недостаточно высокой точностью определени коэффициента теплоотдачи (методическа погрешность около 2%).The object adopted as a prototype provides research with the subsequent determination of the heat transfer coefficient for the studied heat transfer surface. However, the object cited as a prototype has a significant drawback consisting in the large expenses for research work, caused by the need to create an additional circulation loop for the liquid coolant, the manufacture of accurate means for measuring small differences in liquid temperatures and the average integral two-dimensional temperature field in the cross section of the air flow, as well as . insufficiently accurate determination of the heat transfer coefficient (methodological error of about 2%).
Целью изобретени вл етс в случае выполнени теплообменных поверхностей исследуемого теплообменника идентичными вл етс повышение точности способа путем определени коэффициента теплоотдачи с методической погрешностью не более 1% при снижении затрат на исследовательские работы.The aim of the invention is, in the case of making the heat transfer surfaces of the test heat exchanger identical, to increase the accuracy of the method by determining the heat transfer coefficient with a methodical error of not more than 1% while reducing research costs.
Дл достижени поставленной цели при осуществлении споссба определени коэффициента теплоотдачи, заключающегос в нагреве теплоносител и прокачке его через исследуемый рекуперативный теплообменник , в измерении температуры теплоносител на входе и выходе каждой стороны теплообменника с последующим установлением коэффициента теплоотдачи по осзультатам измерений, тсплсноситель пропускают последовательно через холодную и гор чую стороны теплообменника , а его нагрев осуществл ют после выхода из холодной стороны последнего, поддержива разницу средних температур по гор - чей и холодной сторонам теплообменника в пределах от 20 до 40 градусов.In order to achieve the set goal when carrying out a method for determining the heat transfer coefficient, which consists in heating the heat carrier and pumping it through the recuperative heat exchanger under study, in measuring the temperature of the heat carrier at the inlet and outlet of each side of the heat exchanger with the subsequent determination of the heat transfer coefficient from the measurement results, the heat transfer agent is passed sequentially through cold and hot side of the heat exchanger, and its heating is carried out after leaving the cold side of the latter, under erzhiva average temperature difference for hot - hot and cold sides of the heat exchanger in the range of 20 to 40 degrees.
Дл осуществлени такого способа в экспериментальной установке, содержащей контур с теплоносителем, оборудован- ный нагревателем, теплообменниками, нагнетател ми, расходной емкостью, измерител ми давлени , температуры и расхода, а также трубопроводами и арматурой, выход теплоносител из исследуемого тепло- обменника по холодной стороне подключен к выходу того же теплообменника по гор чей стороне через нагреватель, кроме того, с целью повышени температуры теплоносител на входе холодной стороны теплооб- менника, устанавливаетс технологический теплообменник, вход гор чей стороны которого подключен к выходу из исследуемого теплообменника по гор чей стороне, а холодные стороны их соединены последова- тельно.To implement this method in an experimental setup containing a circuit with a coolant, equipped with a heater, heat exchangers, blowers, a flow tank, pressure, temperature and flow meters, as well as pipelines and valves, the coolant outlet from the studied heat exchanger on the cold side connected to the outlet of the same heat exchanger on the hot side through the heater, in addition, in order to increase the temperature of the coolant at the inlet of the cold side of the heat exchanger, technologically heat exchanger hot side input of which is connected to the output of the test coil on the hot side and cold side are connected to them in series.
Отличительной особенностью предлагаемого способа определени коэффициента теплоотдачи вл етс то, что теплоноситель пропускаетс при одном и том же расходе последовательно через холодную и гор чую стороны теплообменника , в котором кажда сторона выполнена из теплообменных поверхностей с идентичным профилем каналов, и одинаковым про- ходным сечением, при этом нагрев теплоносител до заданной температуры ведут после выхода из холодной и перед входом его в гор чую сторону теплообменника таким образом, что разница средних температур по гор чей и холодной сторонам составл ет от 20 до 40 град. При этом обобщение коэффициента теплоотдачи ведут так же, как и в других известных способах в виде критериальной зависимости Nu Nu(Re) по экспериментально полученным данным. Однако, в отличие от известных способ, идентичность профилей каналов и равенство проходных сечений по каждой стороне исследуемого теплообменника. одинаковый расход теплоносител , причем одного и того же, пропускаемого последовательно через холодную и гор чую стороны позвол ет прин ть Re idem с учетом того, что при ограниченном нагреве теплофизи- ческие свойства почти не измен ютс . Пренебрега малым значением термического сопротивлени теплопередающей поверхности , допуска равенство коэффициентов термической эффективности теплообменных поверхностей по каждой отороне, с учетом равенства значений термического сопротивлени теплоносител по холодной и гор чей сторонам, получаем достаточно простое выражение (см. пример) дл расчета коэффициента теплоотдачи.A distinctive feature of the proposed method for determining the heat transfer coefficient is that the coolant is passed at the same flow rate sequentially through the cold and hot sides of the heat exchanger, in which each side is made of heat exchange surfaces with an identical channel profile and the same flow cross section, at In this case, the heat carrier is heated to a predetermined temperature after exiting the cold and before entering it into the hot side of the heat exchanger in such a way that the difference in average temperatures p of the hot and cold sides is from 20 to 40 degrees. In this case, the generalization of the heat transfer coefficient is carried out in the same way as in other known methods in the form of a criterial dependence of Nu Nu (Re) according to experimentally obtained data. However, in contrast to the known method, the identity of the channel profiles and the equality of the bore sections on each side of the studied heat exchanger. the same flow rate of the coolant, and the same flowing sequentially through the cold and hot sides, allows the adoption of Re idem, taking into account the fact that with limited heating, the thermal properties are almost unchanged. Neglecting the small value of the thermal resistance of the heat transfer surface, the tolerance of the equality of the coefficients of thermal efficiency of the heat exchange surfaces on each side, taking into account the equality of the thermal resistance of the coolant on the cold and hot sides, we obtain a fairly simple expression (see example) for calculating the heat transfer coefficient.
Ограничение по подогреву теплоносител при осуществлении за вл емого способа , а именно; нагрев с разницей средних температур по гор чей и холодной сторонам теплообменника от 20 до 40 град, вл ющеес также одной из отличительных особенностей , позвол ет не только упростить расчет1, но и вл етс основным условием достижени более высокой чем в прототипе точности определени а.The restriction on heating the coolant in the implementation of the claimed method, namely; heating with a difference in average temperatures on the hot and cold sides of the heat exchanger from 20 to 40 degrees, which is also one of the distinguishing features, allows not only to simplify the calculation1, but is also the main condition for achieving a higher accuracy than in the prototype.
Погрешность расчета коэффициента теплоотдачи в общем виде рассчитываетс следующим образом:The error in calculating the heat transfer coefficient in general is calculated as follows:
to -J аto-j a
((
Из формулы видно, что погрешность определени а зависит от погрешности измерени разницы средних температур теплоносителей холодной и гор чей сторон, учитываемой во втором слагаемом ДДТ/АТ, а также и погрешности расчета коэффициента тр, отражающего изменение теплофизических свойств теплоносителей от температуры на разных сторонах теплообменника . Он рассчитываетс так;It can be seen from the formula that the error in determining a depends on the error in measuring the difference between the average temperatures of the coolant and the hot side taken into account in the second term of DDT / AT, as well as the error in calculating the coefficient mp, which reflects the change in the thermophysical properties of the coolant as a function of temperature on different sides of the heat exchanger. It is calculated as follows;
- +fefe- + fefe
Погрешность его определени :The error of its determination:
VV
++
ПP
7f + 7f +
PL .5PL .5
В формуле п - показатель степени при числе Рейнольдса (при обработке результатов п 0,7) Д п - отличие показател сте- пени, получаемого при обобщении экспериментальных данных, от 0,7. Из формулы видно, что с увеличением разницы температур теплоносителей по обе стороны теплообменника методическа погрешность Агр/tp возрастает. С уменьшением ее возрастает суммарна погрешность определени коэффициента теплоотдачи из-за роста ДД Г/ДТ. Расчетным путем установлено , что в диапазоне ДТ 20-40° методическа погрешность не превышает 1 % при достаточно низкой погрешности определени а (не более 3%), что также подтверждено экспериментально (см. таблицу ).In the formula, n is the exponent with the Reynolds number (when processing the results n 0.7). D p is the difference between the exponent obtained by summarizing the experimental data from 0.7. It can be seen from the formula that with an increase in the temperature difference between the heat carriers on both sides of the heat exchanger, the methodical error Agr / tp increases. As it decreases, the total error in determining the heat transfer coefficient increases due to an increase in DD G / DT. It was found by calculation that in the range of DT 20-40 ° the methodical error does not exceed 1% with a sufficiently low error of determination of a (no more than 3%), which is also confirmed experimentally (see table).
Из таблицы видно, что при Д ТЧ20 К возрастает погрешность определени температурного напора и суммарна погрешность расчета коэффициента, а при Д К увеличиваетс методическа погрешность . Прин тие таким значени ДТ позвол ет сн ть требование о прецизионности измерений температур теплоносител , характерное дл прототипа. В данном случае достаточно иметь погрешность датчика температур пор дка 0,3°.It can be seen from the table that at D PM 20 K, the error in determining the temperature head and the total error in calculating the coefficient increase, while at D K the methodological error increases. The adoption of such a value of DT allows to remove the requirement for precision measurements of the temperature of the coolant characteristic of the prototype. In this case, it is sufficient to have a temperature sensor error of about 0.3 °.
За вл емый способ разработан и наиболее эффективно применим дл рекуперативных теплообменников типа газ-газ, прч этом можно существенно снизить затраты на нагрев рабочего тела, исключаетс необходимость создани второго контура со своей системой измерений, что снижает расходы на экспериментальную установку.The inventive method has been developed and is most effective for recuperative heat exchangers of the gas-gas type, which can significantly reduce the cost of heating the working fluid, eliminating the need to create a second circuit with its own measurement system, which reduces the cost of the experimental setup.
Эффект регенерации тепла в экспериментальной установке реализуетс за счет того, чт о выход рабочего тела из испытуемого теплообменника по холодной стороне подключен к входу в тот же теплообменник по гор чей стороне. Этот эффект может Сыть усилен, и соответственно уменьшены энергозатраты на эксперименты, если необходим подогрев рабочего тела на входе холодной стороны исследуемого теплообменника , при установке в контур перед объектом исследовани по его холодной стороне дополнительного технологического теплообменника, гор ча сторона которого подключена к выходу из испытуемого теплообменника по гор чей стороне.The effect of heat recovery in the experimental setup is realized due to the fact that the outlet of the working fluid from the test heat exchanger on the cold side is connected to the inlet of the same heat exchanger on the hot side. This effect can be enhanced, and energy costs for experiments can be reduced if heating of the working fluid at the inlet of the cold side of the studied heat exchanger is necessary, when an additional process heat exchanger is installed on the cold side of the test object, the hot side of which is connected to the outlet of the tested heat exchanger on the hot side.
Таким образом, отличительные особенности за вл емого способа и экспериментальной установки дл определени коэффициента теплоотдачи позвол ю при уменьшенных затратах на исследовани получить более точные (с методической погрешностью не более 1 %) значени величины теплоотдачи.Thus, the distinctive features of the claimed method and the experimental setup for determining the heat transfer coefficient allow, at reduced research costs, to obtain more accurate (with a methodical error of no more than 1%) heat transfer values.
На чертеже представлена схема экспериментальной установки, воплощающа за вл емый способ определени коэффициента теплоотдачи.The drawing shows a diagram of an experimental setup embodying the claimed method for determining the heat transfer coefficient.
Установка содержит контур с рабочим телом, разомкнутый контур, когда в качестве рабочего тела используют воздух. В состав установки вход т воздухозаборник 1, нагнетатель 2, расходна емкость 3, измерители расхода 4, давлени 5, температуры (датчики) 6-9, испытуемый теплообменник 10, нагреватель 11 с нагревательным элементом 12, технологический теплообменникThe installation contains a circuit with a working fluid, an open loop, when air is used as a working fluid. The installation includes an air intake 1, a supercharger 2, a supply tank 3, flow meters 4, pressure 5, temperatures (sensors) 6–9, a test heat exchanger 10, a heater 11 with a heating element 12, a process heat exchanger
13, трубопроводы и арматура 14-17 дл переключени потоков. При этом нагреватель 11 установлен в контуре таким образом,что на вход к нему подключен выход рабочего13, piping and fittings 14-17 for switching flows. In this case, the heater 11 is installed in the circuit so that the output of the worker is connected to the input to it
тела из испытуемого теплообменника 10 по холодной стороне, а выход из нагревател 11 подключен к входу по гор чей стороне в испытуемый теплообменник 10.bodies from the test heat exchanger 10 along the cold side, and the outlet of the heater 11 is connected to the hot side entrance to the test heat exchanger 10.
Технологический теплообменник 13 установлен на байпасе перед испытуемым теплообменником 10 и с помощью клапанов 16 и 17 он может быть подключен к контуру или отключен от него. Гор ча сторона теплообменника 13 подключена к выходу поTechnological heat exchanger 13 is installed on the bypass in front of the test heat exchanger 10 and with the help of valves 16 and 17 it can be connected to the circuit or disconnected from it. The hot side of the heat exchanger 13 is connected to the output through
гор чей стороне из испытуемого теплообменника 10, а с помощью клапанов 14 и 15 воздух может быть сброшен в атмосферу напр мую (через клапан 14) или пройд через гор чую сторону теплообменника 13.the hot side from the test heat exchanger 10, and using valves 14 and 15, air can be discharged directly into the atmosphere (through valve 14) or through the hot side of the heat exchanger 13.
За вл емый способ определени коэффициента теплоотдачи осуществл ют следующим образом.The claimed method for determining the heat transfer coefficient is carried out as follows.
Дл испытаний изготавливают теплообменник 10 с одинаковым профилем каналовFor testing, a heat exchanger 10 is made with the same channel profile
и с одинаковой площадью живого сечени по каждой стороне; гор чей и холодной. Дл этого исследуемый теплообменник изготавливают по перекрестнопоточной схеме , в котором кажда сторона набрана изand with the same living cross-sectional area on each side; hot and cold. To do this, the studied heat exchanger is made according to a cross-flow scheme in which each side is drawn from
одинакового количества слоев, имеющих одинаковые геометрические параметры.the same number of layers having the same geometric parameters.
Теплообменник 10 устанавливают в контур экспериментального стенда, как показано на схеме (см. чертеж),включают нагнетатель2 и нагреватель 12. Рабочимтелом стенда, приведенного на фиг. 1, вл етс воздух, который забирают через воздухозаборник 1, нагнетателем 2 прокачивают через расходную емкость 3, котора служитThe heat exchanger 10 is installed in the circuit of the experimental stand, as shown in the diagram (see drawing), include a supercharger 2 and a heater 12. The working body of the stand shown in FIG. 1, is the air that is taken through the air intake 1, and the supercharger 2 is pumped through the supply tank 3, which serves
дл стабилизации подачи, измер емой расходомером 4, и дл демпфировани колебаний давлени Р, измер емой датчиком 5, в контур установки.to stabilize the flow rate measured by the flowmeter 4, and to damp the pressure fluctuations P, measured by the sensor 5, into the installation circuit.
В зависимости от уровн рабочей температуры теплоносител на входе холодной стороны объекта 10, открывают один из клапанов 16 или 17. Когда подогрев теплоносител не требуетс клапан 16 и воздух через клапан 7 подают по холодной стороне теплообменника 10 в нагреватель 11, в котором с помощью нагревательного элемента 12 воздух довод т до рабочей температуры 13, измер емой датчиком 8. Затем нагретый воздух пропускают по гор чей стороне теплообмениика 10 и сбрасывают в атмосферу через клапан 14. Температуру на выходе из теплообменника 10 по гор чей стороне Т4 измер ют датчиком 9. По холодной стороне температуру на входе Ti и на выходе Т2Depending on the level of the operating temperature of the coolant at the inlet of the cold side of the object 10, one of the valves 16 or 17 is opened. When the heating of the coolant is not required, the valve 16 and air through the valve 7 are supplied on the cold side of the heat exchanger 10 to the heater 11, in which, using the heating element 12, the air is brought to operating temperature 13, measured by the sensor 8. Then, heated air is passed along the hot side of the heat exchanger 10 and discharged into the atmosphere through valve 14. The temperature at the outlet of the heat exchanger 10 is hot Oron T4 measured sensor 9. On the cold side inlet temperature Ti and the output T2
измер ют соответственно датчиками 6 и 7, давление воздуха Р - датчиком 5.measured respectively by sensors 6 and 7, air pressure P by sensor 5.
Когда рабоча температура на входе холодной стороны объекта увеличена, чтобы избежать установки на входе нагревательного элемента и соответственно снизить энергозатраты, клапан 17 закрывают, открывают клапан 16 и воздух на холодную сторону испытываемого теплообменника 10 прокачивают через технологический теплообменник 13. При этом по гор чей стороне теплообменника 13 пропускают воздух с выхода из теплообменника 10 по гор чей стороне , дл чего клапан 14 закрывают и открывают клапан 15.When the operating temperature at the inlet of the cold side of the object is increased in order to avoid installing a heating element at the inlet and accordingly reduce energy consumption, the valve 17 is closed, the valve 16 is opened and air is pumped to the cold side of the tested heat exchanger 10 through the process heat exchanger 13. At the same time, on the hot side of the heat exchanger 13, air is passed from the outlet of the heat exchanger 10 on the hot side, for which the valve 14 is closed and the valve 15 is opened.
При такой схеме включени теплообменников 13, 10 и нагревател 11 тепло, затрачиваемое на нагрев рабочего тела, максимально регенерируетс , что снижает энергозатраты, кроме того, разница средней температуры по гор чей и по холодной сторонам теплообменника 10 легко удерживаетс в заданных пределах (20, 40°) при увеличенных вплоть до 800-1000°С рабочих температур теплоносител .With such a scheme for switching on heat exchangers 13, 10 and heater 11, the heat spent on heating the working fluid is maximally regenerated, which reduces energy consumption, in addition, the difference in the average temperature along the hot and cold sides of the heat exchanger 10 is easily kept within specified limits (20, 40 °) at increased working fluid temperatures up to 800-1000 ° С.
При проведении испытаний регулируют мощность, срабатываемую нагревательным элементом 12, а также подачу воздуха G нагнетателем 2 таким образом, чтобы разница средней температуры по гор чей и по холодной сторонам теплообменника 10 составила величину от 20 до 40°.During the tests, the power actuated by the heating element 12, as well as the air supply G by the supercharger 2 are controlled so that the average temperature difference between the hot and cold sides of the heat exchanger 10 is from 20 to 40 °.
Среднеарифметрический температурный напор в теплообменнике 10 при этом равенThe arithmetic mean temperature head in the heat exchanger 10 is equal to
(T3-T2) + (T4-Ti)-ЈjT.(T3-T2) + (T4-Ti) -ЈjT.
Поправочный коэффициент едт учитывает перекрестный ток рабочего тела. Учитыва , что расходы через гор чую и холодную стороны теплообменника 10 одинаковые и теплоемкости примерно равны (мала разница средних температур по гор чей и холодной сторонам), то из теплового балансаCorrection factor unit takes into account the cross current of the working fluid. Taking into account that the costs through the hot and cold sides of the heat exchanger 10 are the same and the heat capacities are approximately equal (there is a small difference in average temperatures between the hot and cold sides), then from the heat balance
Q Gr Срт(Тз-Т4) GxCpxOVTi)Q Gr Срт (Тз-Т4) GxCpxOVTi)
следует, что разница температурit follows that the temperature difference
Тз-Та T4-Ti.Tz-Ta T4-Ti.
Коэффициент теплопередачи в общем виде записываетс следующим образомThe heat transfer coefficient is generally written as follows
К 4K 4
1 ( 1 +д 2 + F ЯХ Fx Fx + Fr1 (1 + d 2 + F NF Fx Fx + Fr
-1-1
ОГ-РГ-ПОГOG-RG-POG
Термическим сопротивлением стенки теплопередающей поверхности можно пренебречь , т.к. ееличина (5/А на три пор дка меньше 1/ах 2,. Учитыва . что площади живого сечени каждой стороны и профили их каналов равны и идентичны, то и площади поверхностей теплообмена равны (Fx Fr). Следовательно,The thermal resistance of the wall of the heat transfer surface can be neglected, because value (5 / A is three orders of magnitude less than 1 / ax 2, taking into account that the living cross-sectional areas of each side and the profiles of their channels are equal and identical, then the heat exchange surface areas are equal (Fx Fr). Therefore,
КTO
11
+ -х1+ -x1
UZx T/ox «г-7/огUZx T / ox "g-7 / og
-1-1
).)
В.уравнении т/ох -т/ог - коэффициентыC. the equation t / oX-t / og - coefficients
термической эффективности теплообменных поверхностей по холодной и гор чейthermal efficiency of heat exchange surfaces on cold and hot
сторонам равны (отличив в третьем знакеequal to the sides (distinguishing in the third character
после зап той), тогдаafter that), then
20 К (1+§)1.20 K (1 + §) 1.
Представив соотношение сгх/аг в следующем видеRepresenting the ratio of sx / ag in the following form
Ax.dr.NU Ax fGx.dx.gr.SY «г ЯГ dv NUr Яг Gr dr SXJ Ax.dr.NU Ax fGx.dx.gr.SY «r YAG dv NUr Yag Gr dr SXJ
С учетом прин тых допущений, получим «х Ях (иг пTaking into account the accepted assumptions, we obtain “x Yah (
Г | 1 1 R | eleven
«г 27"G 27
Здесь п - показатель степени в зависи- мости, обобщающей значени коэффициента теплоотдачи в виде степенной функции от числа Рейнольдса. Учитыва , литературные данные, в которых исследовались аналогичные теплообменные поверхности, п прини- маетс в первом приближении равным 0,7. Отличие нового значени показател степени от 0,7 определ ют методическую погрешность за вл емого способа.Here n is the exponent in the dependence generalizing the values of the heat transfer coefficient as a power function of the Reynolds number. Taking into account the literature data in which similar heat-exchange surfaces were studied, n is taken to a first approximation as 0.7. The difference between the new value of the exponent and 0.7 determines the methodological error of the claimed method.
Известно, что показатель степени п вIt is known that the exponent n in
зависимости от режимных параметров может измен тьс в пределах от 0,33 до 0,85. Следовательно, максимальное отличие искомого показател степени от 0,7 не превышает 0,37. Прин в температурный напорdepending on the operational parameters, it can vary from 0.33 to 0.85. Therefore, the maximum difference of the sought exponent from 0.7 does not exceed 0.37. Prin in the temperature head
Д т равны 30°, с учетом изменени тепло- физических сзойств и их погрешностей по каждой стороне методическа погрешность (см. формулу дл kip/ty) будет равна 0,98%, при этом погрешность определени коэффициента теплоотдачи составл ет 2,9%.The dates are 30 °, taking into account changes in thermophysical interactions and their errors on each side, the methodical error (see the formula for kip / ty) will be 0.98%, while the error in determining the heat transfer coefficient is 2.9%.
Окончательно расчетна зависимость дл расчета коэффициента теплоотдачи, с учетом преобразовани , выгл дит следующим образомThe final calculated dependence for calculating the heat transfer coefficient, taking into account the conversion, is as follows
-Јp+H f Таким образом, в сравнении с прототипом , значительно снижаютс требовани к точности измерительных приборов, упрощаетс экспериментальна установка, уменьшаетс установленна мощность нагревателей установки, что снижает затраты на исследовательские работы. В то же врем повышаетс представительность экспериментов за счет уменьшени до 1% методической погрешности.-Јp + H f Thus, in comparison with the prototype, the accuracy requirements for measuring instruments are significantly reduced, the experimental setup is simplified, the installed power of the plant heaters is reduced, which reduces the cost of research work. At the same time, the representativeness of experiments is increased by reducing the methodological error to 1%.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU904814878A RU1778657C (en) | 1990-04-16 | 1990-04-16 | Method and pilot plant for determining heat transfer coefficient |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU904814878A RU1778657C (en) | 1990-04-16 | 1990-04-16 | Method and pilot plant for determining heat transfer coefficient |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU1778657C true RU1778657C (en) | 1992-11-30 |
Family
ID=21508651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU904814878A RU1778657C (en) | 1990-04-16 | 1990-04-16 | Method and pilot plant for determining heat transfer coefficient |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU1778657C (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150003495A1 (en) * | 2013-07-01 | 2015-01-01 | Knew Value, LLC | Heat exchanger testing device |
| US10234361B2 (en) * | 2013-07-01 | 2019-03-19 | Knew Value Llc | Heat exchanger testing device |
-
1990
- 1990-04-16 RU SU904814878A patent/RU1778657C/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Резников Г.В. Расчет и конструирование систем охлаждени элементов ЭВМ. М.: Радио и св зь, 1988, с. 76-78, табл. 1.8, с. 91-104, рис. 2.9. Кейс В.М. и Лондон А.Л. Компактные теплообменники. М.: Энерги , 1967. Воронин Г.И. и Дубровский Е.В. Эффективные теплообменники. М.: Машиностроение, 1973. с. 39-45, с. 31-38. Авторское свидетельство СССР № 414510, кл. G 01 М 9/00, 1972. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150003495A1 (en) * | 2013-07-01 | 2015-01-01 | Knew Value, LLC | Heat exchanger testing device |
| US10234361B2 (en) * | 2013-07-01 | 2019-03-19 | Knew Value Llc | Heat exchanger testing device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Büyükalaca et al. | Influence of rotational speed on effectiveness of rotary-type heat exchanger | |
| CN109781782A (en) | A desktop self-water supply heat exchanger performance testing device | |
| RU194401U1 (en) | Test bench for thermal and hydraulic tests of gas-liquid heat exchangers | |
| RU1778657C (en) | Method and pilot plant for determining heat transfer coefficient | |
| GB1506484A (en) | Heatexchanger | |
| Aronson et al. | Features of the development and operation of multistage steam jet ejectors | |
| SU1778558A1 (en) | Device for checking heat meters | |
| Zeng et al. | Achieving high-precision supply air temperature in cleanrooms: Modeling and validation of air–water heat exchange process | |
| CN105136342A (en) | System and method for improving measurement precision of heat exchange amount of heat exchanger under temperature differential condition | |
| CN106403333A (en) | Energy-saving heat exchange system for refrigerator | |
| CN117608330A (en) | A constant-temperature water-cooled temperature control system that isolates external environmental disturbances | |
| JPS60105933A (en) | Control method for wind tunnel test equipment | |
| CN101718504A (en) | Method and device for controlling flexible operation of novel heat exchanger network | |
| SU932292A1 (en) | Method of measuring heat consumption | |
| TW202210769A (en) | Multi-stage heat pump performance test system | |
| JP2717716B2 (en) | refrigerator | |
| Chaquet et al. | Temperature fields calculation in heat exchangers using the finite element method | |
| Amelkin et al. | Extreme performance of heat exchangers of various hydrodynamic models of flows | |
| JPH07174436A (en) | River water heat recovery system | |
| JPS6258124A (en) | Apparatus for measuring heat quantity | |
| CN113791115A (en) | Method and device for testing heat transfer performance of plate heat exchanger | |
| CN204944707U (en) | The system that heat interchanger heat exchange measures accuracy of measurement is improved under micro-temperature difference condition | |
| SU1589021A1 (en) | Method of thermal testing of recuperative heat-exchangers | |
| CN112302986A (en) | Method for measuring efficiency of independent condensing steam-driven draught fan | |
| CN223259283U (en) | Test system for fuel oil radiator |