CC BY
9
НЛТУ
УКРЛ1НИ
Hl/IUB
Науковий BicHMK НЛТУУкраТни Scientific Bulletin of UNFU
http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40270921 Article received 23.11.2017 р. Article accepted 28.11.2017 р.
УДК 536.2.083
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
[^1 Correspondence author I. S. Vasylkivskyi vis@ukr.net
I. С. Васильювський, В. О. Фединець, Я. П. Юсик
Нацюнальний утверситет "Львiвська полтехшка", м. Львiв, Украта
ВИМ1РЮВАЛЬНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ ТЕМПЕРАТУРОПРОВ1ДНОСТ1 Р1ДИН
Розглянуто теоретичш основи побудови вимiрювального перетворювача темиературоировдаоста рщин з використанням порiвняльного методу вимiрювання, що дасть змогу тдвищити точнiсть i спростити процес вимiрювання иоргвняно з ввдо-мими ршеннями. В основi розробленого вимiрювального перетворювача е схема, яка мiстить у своему складi двi однаюж трубки постшного перетину, через якi прокачують, вiдповiдно, дослiджувану i еталонну рiдини з однаковими витратами. Проаналiзовано задачу теилообмшу пiд час иротжання рщини у круглiй трубi за постшно! температури стiнки. Показано, що п^внюючи потоки дослщжувано! та еталонно! рщин, можна визначити коефiцiент температуропровiдностi дослщжува-но! рiдини за значениям коефщента температуропровiдностi еталонно1 рiдини шляхом т^вняння значень вiдповiдних 1м параметрiв, яю називають темпом нагр1вання або охолодження. На основi цього отримано розрахунюж формули для визна-чення коефщента температуропровiдностi рiдин розробленим перетворювачем. Наведено опис принципово! схеми та зна-чення конструктивних параметрiв розробленого перетворювача температуропровдаоста рiдин. Описано порядок проведен-ня вимiрювань розробленим перетворювачем. Наведено результати експериментальних дослiджень температуропровiдностi рщин у дiапазонi температур 300.. .330 К з використанням розробленого перетворювача.
Ключовi слова: коефщент температуропровдаостц температура; дослщжувана рщина; еталонна рщина; теилообмш; теплообмшна длянка.
Вступ. Для виршення iнженерних завдань, пов'яза-них з розрахунками процеав та апарапв хiмiчних i наф-тохiмiчних виробництв, теплоенергетично! та холо-дильно! технiки, де широко використовують рщини pi3-ного цшьового призначення, потpiбно мати дaнi про ос-новнi теплофiзичнi влaсгивостi, до яких належить тем-пеpaтуpопpовiднiсть. ^iM практичного значения, дaнi про температуропровщшсть е цiнним джерелом шфор-мацп для aнaлiзу загальних зaкономipностей мехашзму переносу тепла, що безпосередньо пов'язане з фунда-ментальними проблемами редкого стану речовин, як1 на цей час не можна вважати виршеними.
Температуропровщшсть е однiею з найважливших характеристик piдин, оск1льки характеризуе процес пе-ренесення теплоти i змши температури в них (Ponoma-rev & Mishhenko, 1997). Вона характеризуеться коефь цiентом темпеpaтуpопpовiдностi, який е фiзичним параметром мaтеpiaлу i слугуе мipою його теплоiнеpцiйних властивостей. За iнших однакових умов швидше нагрь ваеться або охолоджуеться те тшо, яке мае бiльше зна-чення коефiцiентa темпеpaтуpопpовiдностi. Вiн ютот-ний для нестaцiонapних теплових процеав i характеризуе швидк1сть змши температури. Для кожного середо-вища вказаний параметр мае певне значення i, загалом, е функщею пapaметpiв стану. Сучасна база знань iз
температуропровiдностi рвдин, побудована на числен-них експериментальних даних, далека ввд завершення. Наявнi на цей час довiдковi данi отримано на рiзних експериментальних установках з важко оцiнюваною по-хибкою.
Розрахунковi методи визначення теплофiзичних властивостей рвдин не завжди дають бажаний результат. Тому на перший план виходить завдання експери-ментального дослвдження теплофiзичних властивостей рвдин, зокрема температуропровщносп (Ponomarev et а1., 2008).
Аналiз останнiх досл1джень та публшацш. Вщо-мий вимiрювальний перетворювач температуропровщ-ностi рвдин (Vasy1kivskyi, Fedynets & Yusyk, 2016), в якому через двi однаковi трубки постiйного перетину, ввдповвдно, прокачують дослвджувану й еталонну рвди-ни з однаковою витратою. При цьому температури рь дин на входах у вимiрювальнi дмнки пiдтримують однаковими. На входi й виходi вимiрювальних дiлянок вимiрюють температури рiдин, а на спнки трубок впли-вають тепловими потоками зi щiльностями, як1 забезпе-чують рiвнiсть середньомасових температур на виходах з вимiрювальних дiлянок та за ввдомими сшвввдношен-нями розраховують вимiрювану величину.
1нформащя про aBTopiB:
Васильшвський 1гор Степанович, канд. техн. наук, доцент кафедри автоматизацй' та комп'ютерночнтегрованих технологiй. Email: vis@ukr.net
Фединець Василь Олексшович, д-р техн. наук, доцент, професор кафедри автоматизацй' та комп'ютерночнтегрованих
технолопй. Email: v.fedynets@ukr.net Юсик Ярослав Петрович, канд. техн. наук, доцент кафедри автоматизацй' та комп'ютерночнтегрованих технолопй. Email: vis@ukr.net
Цитування за ДСТУ: Васильшвський I. С., Фединець В. О., Юсик Я. П. Вимiрювальний перетворювач температуропровщност
рщин. Науковий вкник НЛТУ Укра'ни. 2017. Вип. 27(9). С. 99-103. Citation APA: Vasylkivskyi, I. S., Fedynets, V. O., & Yusyk, Ya. P. (2017). Thermal Conductivity Liquid Transmitter. Scientific Bulletin of UNFU, 27(9), 99-103. https://doi.org/10.15421/40270921
Недолгом цього перетворювача е потреба вим!рю-вання к1лькох рiзниць температур. Вимiрювання се-редньомасово! температури рiдини ускладнюе конструкцiю пристрою, а вимiрювання температури в точш вносить iстотну похибку, тому що точнiсть визна-чення температуропровадюст! великою мiрою залежить вщ точностi установки давачiв температури в задаш точки перетину.
Методика дослiдження - створення, на базi розроб-лених методолопчних пiдходiв, вимiрювального перетворювача температуропровщносп рвдин, що дасть змо-гу шдвищити точнiсть вимiрювання температуропро-ввдносп рухомо! рвдини, розширити дiапазон вим!рю-вання, а також, внаслiдок спрощення вим!рювально! схеми, значно пiдвищити його надшшсть.
Виклад основного матер1алу дослщження. Пропо-нуемо за основу для розроблення вимiрювального перетворювача взяти схему, яка мiстить у своему склад! двi однаковi трубки постшного перетину, через як1 прокачу-ють, ввдповвдно, дослвджувану й еталонну рщини з одна-ковою витратою, причому температури рвдин на входах у вимiрювальнi дiлянки пiдгримують однаковими.
На стшки вимiрювальних дiлянок трубок впливають середовищем з однаковою температурою (створюють тепловий потш), вiдмiнною вiд температури рщин на входi, i вимiрюють р!зницю температур мiж точками на вимiрювальних дiлянках трубок, що займають аналопч-нi положения у перетинах трубок (рис. 1).
Температуропровщшсть вимiрюють так. Зону впли-ву на одну iз трубок (наприклад iз дослвджуваною рщи-ною) перемiщають так, щоб забезпечити рiвнiсть нулю вимiрюваиоl рiзницi температур. Шукану величину (температуропроввдшсть дослiджуваиоl рiдини) визна-чають за сшввщношенням вiдстаней вiд початку д!ля-нок впливу середовищем з постшною температурою (зони створення теплового потоку) до точок, мiж якими ви\прюють р1зшшю температур.
• температура внутршньо! поверхнi стiнки труби на да-лянцi теплообмiну постiйна i дорiвнюе tс, причому tc Ф t0;
• у потоцi вiдсутнi внутршш джерела тепла, а кiлькiстю тепла, що видшяеться внаслiдок дисипацп енергл, мож-на знехтувати;
• змша теплового потоку уздовж осi труби, зумовлена теплопров!дтстю, дуже мала порiвняно зi змiною теплового потоку вздовж ом, зумовленою конвекцiею.
З урахуванням прийнятих допущень рiвияния енер-гИ в цилiндричних координатах, що вщповвдае розгля-нутому завданню, можна записати у виглядi
\2 "
д2& 1 д& дг г дг
2-Ш
1ЧГ
Го
дх
(1)
де: и = ( - tc - надлишкова температура; ( - температура рвдини; ^ - температура стшки; г - радiус (вщстань вiд центрально1 осi цилiидричного потоку до розглянуто1 точки з температурою t); Ш - середня у перетиш швид-к1сть потоку; а - коефщент температуропровадностц г0 - радiус трубки; х - довжина (вiдстань вiд початкового перетину до розглядувано1 точки потоку).
Граиичнi умови мають вигляд: при х = 0 i 0 < г < г0, и = и0;
п д& п
при х > 0 i г = 0, — = 0 ;
дг
при х > 0 i г = г0, и = 0,
де и0 = ^ - tc - надлишкова температура в початковому перетиш потоку.
Для зручносп подальших обчислень наведемо р!в-ияния енергп (1) i граиичнi умови (2) до безрозмiрного виду, для цього введемо безрозмiрнi змiннi:
R = г.
(2)
Пiсля простих перетворень отримаемо:
• рiвняння енергл
д2& 1 дв ,л п2, дв —^+--= (1 - R )—;
дR R дR дх
• граничш умови:
при х = 0 i 0 < R < 1, и = 1;
д &
при х > 0 i R = 0, — = 0;
дR
при х > 0 i R = 1, и = 0,
а х 2 х Ш • г де: х =—=---=---; Ре = ——0 - число Пекле; d -
Рис. 1. Схема руху дослiджуваиоl й егалоииоl рiдиии та розпо-дшу температур у витрювальтй схемi
Для отримання основних сшввщношень розглянемо задачу теплообмiну пiд час в'язшсного плину рiдини у круглш трубi за постшно! температури стшки. При цьому приймаемо так! допущення (Petuhov, 1967):
• напiрна течiя рвдини й процес теплообмiну - стацюнар-нц
• рiдина нестислива, И ф!зичш властивостi постшш (тобто не залежать вщ температури й тиску);
• течiя рвдини стабЫзована, тобто профшь швидкост не змшюеться по довжиш (дшянщ теплообмiну передуе iзотермiчна заспокiйлива дiлянка, протягом яко! фор-муеться профшь швидкостГ);
• витрата рвдини задана або, що те ж саме, ввдома середня по перетину швидюсть рвдини;
• у вхщному перетиш теплообм!нно1 дшянки температура рвдини постшна по перетину ! дор!внюе
2- Ш - г0 г0 Ре а
2
д!аметр трубки.
Загальний розв'язок рiвияния (1) при граничних умовах (2) запишемо у вигляд! суми ряду (Petuhov, 1967, р.83)
в=&= = ±Ап-¥ •( г 1 - ехр ( -2 - ¿;2 ■ — - — "1, (3) &0 t0 - гс й п ^ I г,) Р1 Ре а У К>
де: Ап - пост!йн!, що залежать вщ розпод!лу температури в початковому перетиш; ц/п -(г/г0) - функцп, що залежать вщ координат розглянуто! точки потоку; Щ - пос-т!йн!, що визначають режим потоку.
На достатньому вщдаленш в!д початкового перетину, починаючи з деякого значення приведено! довжини, проф!л! розпод!лу температури в перетиш потоку ста-ють под!бними, тобто температура в р!зних перетинах вщр!зняеться лише за абсолютною величиною, а закон змши температури по рад!усу залишаеться однаковим.
а
ч - Ь
г
0
3i збшьшенням х вплив наступних члешв ряду (3) по-р1вняно з попередшми, швидко зменшуеться. Нарештi, при досить великш пpиведенiй довжинi х уйма членами ряду (3), KpiM першого, можна зневажити. У цьому випадку розв'язок для температурного поля можна представити у виглядi
З piвняння (4) видно, що змiна температури t по ра-дiусу при будь-яких х описуеться однiею й пею ж фун-кцiею щ -(r/r0), а змiна по довжинi при всiх значеннях r вщбуваеться за експонентою. Значення величини ¿f02 у точках потоку при деяких значеннях х, що перевищу-ють початкову дiлянку (у так званш автомодельнiй об-ласп), визначаеться за граничним значенням числа Нуссельта (Nurrj), яке доpiвнюе Nurrj = 3,637. I, як вип-ливае з формули (6-27) (Petuhov, 1967, p.87) величина
£ = 2- Nurrj= 3,657. (5)
Враховуючи piвнiсть (5) i вираз для числа Pe, piв-няння (4) набуде вигляду
t- tc
to, -1
А Що-1- exp| -3,657--2■ W I •
Дифеpенцiюючи piвняння (6) i позначаючи
X = Z;
W
3,657- 4 r
отримаемо
1 dt_ t dz
о
д In t
(6)
(7)
(8)
ток1в за однакових значень температури в деяких точках потоков. Тод1, як випливае з гpафiчноl залежностг lnt lnt
тх =-^; me =—^
Zx Ze
а вiдношення тх/те, при однакових значеннях ln tx = ln te визначаеться
m=z,. (9)
me Zx
Беручи до уваги спiввiдношення (7), отримаемо
a z — —
— = — або при однакових значеннях W = W , отри-
a z?
маемо:
a? le le
= ; _ax = ae- — ,
ae lx lx
(10)
де 1х, 1е - величина вщстаней вщ початку д!лянок тепло-обмшу до точок, у яких вим1ряються температури.
З р!вняння (7) випливае, що параметр т визначаеться як тангенс кута нахилу прямо!, побудовано! в координатах 1п t - г .
Пор!внюючи два потоки рщин: дослвджувано! та еталонно!, можна визначити коефщент температуроп-роввдюст! дослвджувано! рвдини за значенням коефь шента температуропроввдносп еталонно! рвдини шляхом пор!вняння значень вщповвдних !м параметр!в, яш називають темпом нагр!вання або охолодження.
Для складання таких сшввщношень потр!бне дотри-мання таких умов:
• умови теплообмшу в обох потоках (дослвджуваному й еталонному) в!дповвдають прийнятим рашше допущен-ням;
• витрати рвдин, а в!дпов!дно, швидкост обох потоюв Ш однаковц
• внутршш дааметри трубок однаковц
• значення температури рвдин на входах у теплообм!нш дшянки однаков! ^х =
• значення температури стшок трубок на дшянщ теплообмшу однаков! ^ =
У такий спойб для обох потоков задають однаков! граничш умови.
За дотримання перерахованих вище умов, виходячи з! ствввдношень (7) ! (8), можна стверджувати, що значення темтв нагр!вання (охолодження) або ж тангенйв кута нахилу прямих, побудованих у координатах 1п t -г, прямо пропорцшш температуропровщностям рвдин а.
Розглянемо в координатах 1п t - г темпи нагр!вання т для двох потоков, дослвджуваного й еталонного, позначен! вщповщно тх ! те, де тх = tg ах, те= tg ае.
На рис. 2 представлено темпи нагр!вання т для двох потоков рвдин: дослщжувано! 1 ! еталонно! 2. Допустимо, що визначаемо значення параметр!в т для обох по-
Рис. 2. Темпи нагршання т для двох потокв рщин: дослщжу-вано! 1 та егалоииоl 2
Однакових значень температури можна досягти за рахунок змши швидкосп одного з потоков Шх або Ше, однак практично вим!рювати довжину 1 можна набагато точшше, шж швидшсть потоку Ш .
Окр!м цього, завдання визначення величини ах може бути виршене шляхом досягнення однакових значень темпу нагр!вання для обох потоков (тх = те) у точках, ввддалених на однакових вщстанях вщ початку тепло-обм!нних д!лянок (1х = 1е) за рахунок змши температури стшки одше! !з трубок за допомогою термостата, що за-дае граничш умови. Однак, у цьому випадку вим!рю-вання температури буде здшснюватися з меншою точ-шстю, окр!м цього, процес переходу в стацюнарний режим буде тривати довше.
Експериментальна установка для безперервного ви-м!рювання температуропровадюст! рвдини (рис. 3) скла-даеться з м!сткостей 1, 2 для дослвджувано! й еталонно! рвдин; помп 3, 4; задавач!в витрати 5, 6 ! вим!рювально-го пристрою 7, що представляе собою дв! трубки 6, 9, на яких встановлеш водяш сорочки 10, 11, в яких цирку-люе теплонос!й з термостата 17. На трубках 6, 9 також насаджеш цил!ндричн! пустот!л! камери 12, 13, виконаш з можлив!стю перем!щення уздовж осей цих трубок, в яких циркулюе теплоносш з термостата 14. У перетиш трубок 6, 9 встановлеш р!зш спа! диференц!ально! термопари 15, тдключено! до нуль^ндикатора 16.
Вим!рювання зд!йснюють так.
Дослвджувану та еталонну р!дини, в!дпов!дно, з м!с-ткостей 1, 2, прокачують помпами 3, 4 через термостат 17, де вони нагр!ваються до однаково! температури, ! вим!рювальний пристрш 7. При цьому витрати досль джувано! й еталонно! р!дини шдтримують однаковими
m
m
за допомогою задавач1в витрати, вщповщно 5, 6. На початку вим1рювальних трубок 8, 9 передбачеш ¡зотер-м1чш дшянки, яю створюються водяними сорочками 10, 11, призначеними для отримання усталеного режиму плину з парабол1чним профшем швидкосп для обох рщин. Вплив на стшки вим1рювальних дшянок трубок середовищем з однаковою температурою, вщмшною вщ температури рщин на входах у вим1рювальш дшян-ки, здшснюють шляхом циркуляцп теплоноая з термостата 14 через камери 12, 13.
Рис. 3. Принципова схема вим1рювального перетворювача тем-пературопровщносп рщин
Для вишрювання коефщента температуропровщ-ност рщини цилшдричну камеру 12, за допомогою яко! впливають на вим1рювальну дшянку трубки 8, якою прокачуеться еталонна рщина, встановлюють у певно-му фшсованому положены. Перемщаючи зону впливу на вим1рювальну дшянку трубки 9 (з дослщжуваною р> диною), домагаються р1вност1 вишрюваних температур i за сшввщношенням вщстаней вщ початку дшянок впливу середовищем з постшною температурою до то-чок, м1ж якими вим1рюють р1зницю температур, визна-чають шукану величину.
Вимiрювання потр1бно здiйснювати тшьки у стащ-онарних умовах теплообмiну, тобто тсля перемщення зони впливу потр16но витримати якийсь час для стабш-зацп режиму, що визначаеться за стабiлiзацiею показ!в нуль-iндикатора 16, й тсля цього пор!внювати значен-ня температур, вим!рюваних в обраних точках потоюв.
Залежно вщ того, в якому положены зафiксована зона впливу середовищем з постшною температурою на вимь рювальну д1лянку трубки 8, стосовно спаю диференщаль-но! термопари 15, зм!нюеться дiапазон вимiрювання.
Так, наприклад, якщо зафiксувати зону впливу (тобто цил1ндричну камеру 12) на трубку, якою прокачу-ються еталонна рщина, так, щоб спай диференщально! термопари 15 перебував на однаковш вщсташ вщ початку й кшця зони впливу (тобто вщ двох протилежних торщв 12), то при перемщенш зони впливу (цилшдрич-но! камери 13) на трубку з дослщжуваною рщиною з
одного крайнього положення, у якому 1х = 0, в iнше - 1х = 1к, вiдношення ljlx змшюеться в межах вiд 0,5 до да. Розмщення спаю термопари в шшш точцi по довжинi зони впливу (цилшдрично! камери 12), веде до змши д> апазону вимiрювань.
Пiд час реатазацл цього вимiрювального перетворювача в ролi вишрювальних трубок застосовують двi од-наковi мiднi трубки, внутрiшнiм дiаметром dm = 4 мм, зовнiшнiм дiаметром d3H = 6 мм. Довжини iзотермiчних дiлянок, з розмiщеними на них водяними сорочками, як штенсивно обмиваються теплоносieм (наприклад водою за 20 °С), для обох трубок прийнят однаковими li3 = 200 мм. Також однаковими прийнят довжини виш-рювальних дiлянок, 1Т = 400 мм, вздовж яких перемща-ються цилiндричнi камери довжиною 1к = 200 мм, д> аметром dK = 15 мм.
Як еталонну рщину застосовували толуол, теплоф> зичнi характеристики якого вивченi досить точно. Проведено вимiрювання теплофiзичних характеристик води й бензолу в дiапазонi температур 300...330 °K. Наприклад, для 310 °K отримано такi значення коефiцieнта температуропровiдностi: води - 1,53 • 10-7 м2/с; бензолу - 9,2 • 10-8 м2/с. Аналiз отриманих даних показав, що по-хибка вимiрювань не перевищуе 2.. .3 %.
Висновки. Пропонований вимiрювальний перетво-рювач, порiвняно iз вщомим, дае змогу пiдвищити точ-шсть вимiрювання коефiцiента температуропровщнос-тi. Цього досягають тим, що немае потреби безпосе-реднього вимiрювання температур i !х рiзниць. Для виз-начення шукано! величини достатньо контролювати рiвнiсть нулю вишрювано! рiзницi температур за допомогою нуль-шдикатора, i вишрювати перемiщення д> лянок впливу середовищем з постшною температурою.
О^м цього, у пропонованому вимiрювальному пе-ретворювач^ порiвняно iз вiдомим, вiдпадае потреба у вимiрюваннi середньомасових температур рщин на ви-ходах з вишрювальних дiлянок, а також у теплоiзоляцil нагрiвачiв вiд навколишнього середовища шаром спещ-ального матерiалу, що ютотно спрощуе конструкцiю вимiрювального перетворювача.
Перелж використаних джерел
Petuhov, B. S. (1967). Teploobmen i soprotivlenie pri laminarnom
techenii zhidkosti v trubah. Moscow: Energiia. 409 p. [in Russian]. Ponomarev, S. V., & Mishhenko, S. V. (1997). Metody i ustrojstva dlja izmerenija jeffektivnyh teplofizicheskih harakteristik potokov tehnologicheskih zhidkostej. Tambov: Izd-vo Tamb. gos. tehn. unta. 249 p. [in Russian]. Ponomarev, S. V., Mishhenko, S. V., Divin, A. G. et al. (2008). Te-oreticheskie i prakticheskie osnovy teplofizicheskih izmerenij. Moscow Fizmatlit. 408 p. [in Russian]. Vasylkivskyi, I. S., Fedynets, V. О., & Yusyk, Ya. P. (2016). Measuring Transducer of Thermophysical Properties of Liquids. Scientific Bulletin of UNFU, 26(7), 357-363. https://doi.org/10.15421/40260756
И. С. Васильковский, В. А. Фединец, Я. П. Юсык
Национальный университет "Львовская политехника", г. Львов, Украина
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ЖИДКОСТЕЙ
Рассмотрены теоретические основы построения измерительного преобразователя температуропроводности жидкостей с использованием сравнительного метода измерения, что позволит повысить точность и упростить процесс измерения по сравнению с известными решениями. В основе разработанного измерительного преобразователя использована схема, которая содержит в своем составе две одинаковые трубки постоянного сечения, через которые прокачивают, соответственно, ис-
следуемую и эталонную жидкости с одинаковыми расходами. Проанализирована задача теплообмена при протекании жидкости в круглой трубе при постоянной температуре стенки. Показано, что сравнивая потоки исследуемой и эталонной жидкостей, можно определить коэффициент температуропроводности исследуемой жидкости по значению коэффициента температуропроводности эталонной жидкости путем сравнения значений соответствующих им параметров, которые называются темпом нагрева или охлаждения. На основе этого получены расчетные формулы для определения коэффициента температуропроводности жидкостей разработанным преобразователем. Приведено описание принципиальной схемы и значение конструктивных параметров разработанного преобразователя температуропроводности жидкостей. Описан порядок проведения измерений разработанным преобразователем. Приведены результаты экспериментальных исследований температуропроводности жидкостей в диапазоне температур 300... 330 К с использованием разработанного преобразователя.
Ключевые слова: коэффициент температуропроводности; температура; исследуемая жидкость; эталонная жидкость; теплообмен; теплообменный участок.
I. S. Vasylkivskyi, V. O. Fedynets, Ya. P. Yusyk
Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine
THERMAL CONDUCTIVITY LIQUID TRANSMITTER
When solving engineering tasks, related to the evaluation of processes and apparatus of chemical and petrochemical production, heat power and refrigeration technology, where the liquids of various purposiveness are widely used, it is necessary to have data on basic thermal-physical properties, which include thermal conductivity. The aim of the research is to design the thermal conductivity liquid transmitter on the basis of methodological approaches, developed by authors, which will enable improving accuracy of measurement of thermal conductivity of motive liquid, expand measuring range, and, as a result of simplifying of measuring circuit, considerably enhance its reliability. The developed measuring transmitter has a circuit, which contains two similar pipes of uniform section, through which the investigated and reference liquids with a similar consumption are pumped correspondingly, whereas the temperature of liquids at the entrance of measuring sections is maintained. They affect the walls of measuring sections of pipes with the environment of similar temperature (create the heat flow), different from the temperature of liquids at the entrance, and they measure the difference of temperature between points on the measuring sections of pipes, which has similar positions at the pipes section areas. The measuring of thermal conductivity is conducted in the following way. The area of influence on one of the pipes (for example, with a investigated liquid) is transferred in such a way as to ensure zero difference of measured temperature. The target value (thermal conductivity of the investigated liquid) is defined with the help of correlation of distance from the beginning of areas of influence with the environment with the constant temperature (area of creation of heat flow) to the points, between which the difference of temperatures is measured. Toluene was used as the reference liquid, the thermal-physical properties of which are studied rather accurately. The thermal-physical properties of water and benzol within the limits of temperatures of 300.330 K were measured. The offered measuring transmitter gives a possibility to improve the accuracy of measurement in comparison with common solutions due to the elimination of the necessity of direct measuring of temperatures and their differences, and to considerably simplify the construction, since the necessity to measure bulk temperatures of liquids at the exit from measuring sections and thermal isolation of heaters from the environment is eliminated.
Keywords: temperature conductivity; temperature; investigated liquid; reference liquid; heat exchange; heat exchange section.
