Оценка потерь тепла через подводящие трубки при экспериментальном определении теплофизических свойств жидкостей Текст научной статьи по специальности «Физика»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

ОЦЕНКА ПОТЕРЬ ТЕПЛА ЧЕРЕЗ ПОДВОДЯЩИЕ ТРУБКИ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ ОПРЕДЕЛЕНИИ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ Назиев Д.Я. Email: Naziyev17137@scientifictext.ru

Назиев Джейхун Яшар - доктор технических наук, профессор, кафедра физики,

Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, г. Баку, Азербайджанская Республика

Аннотация: при проведении экспериментальных исследований по определению теплопроводности и изобарной теплоемкости при помощи различных модификаций калориметров необходимо создавать условия максимально возможной теплоизоляции. Тем не менее, утечки тепла существуют и их необходимо учитывать при расчетах теплофизических свойств по результатам экспериментов. Одной из таких утечек является утечка тепла по трубке, проходящей сквозь измерительные ячейки, в которой находятся нагреватель и термопары. В данной работе, используя уравнение теплового баланса, выводится выражение для расчета потери тепла через концы трубки.

Ключевые слова: теплопроводность, теплоемкость, бикалориметр, телоизоляция, погрешность эксперимента.

EVALUATION OF HEAT LOSSES THROUGH THE SUPPLY TUBES IN THE EXPERIMENTAL DETERMINATION OF THE THERMOPHYSICAL PROPERTIES OF LIQUIDS

Naziyev J.Yа.

Naziyev Jeyhun Yashar - Doctor of technical sciences, Professor, DEPARTMENT OF PHYSICS, AZERBAIJAN STATE UNIVERSITY OF OIL AND INDUSTRY, BAKU, AZERBAIJAN REPUBLIC

Abstract: it is necessary to create conditions for the maximum possible thermal insulation when conducting experimental studies to determine thermal conductivity and isobaric heat capacity with the help of various modifications of calorimeters. Nevertheless, heat leaks exist and must be taken into account when calculating the thermophysical properties according to the results of experiments. One of these leaks is the heat leakage through a tube that passes through the measuring cell and contains a heater and thermocouples. In this paper, using the heat balance equation, an expression is derived to calculate the heat loss through the ends of the tube.

Keywords: thermal conductivity, heat capacity, calorimeter, body insulation, accuracy of experiment.

УДК 536.21

Для определения теплофизических свойств жидкостей могут применяться как стационарные, так и нестационарные методы исследования [1]. К нестационарным методам относятся методы монотонного разогрева и методы бикалориметров.

При расчетах теплопроводности и изобарной теплоемкости по этим методам необходимо учитывать поправки на утечки тепла из измерительной ячейки [2], в том числе и потери тепла через трубку, пронизывающую измерительную ячейку. В подобных трубках высокого давления находятся нагреватель и термопары. Тепло, также, уходит с

торцов, при отсутствии компенсационных цилиндров. Последнее приводит к нарушению температурного поля по длине цилиндров. Схема калориметра дается на рисунке 1. Ядро 1 (ампула в случае определения изобарной теплоемкости) находится внутри автоклава 2. Промежуток между ними заполняется исследуемой жидкостью 3. Трубка 4 с электронагревателем с мощностью Ш0 проходит вдоль оси ядра.

Рис. 1. Схема калориметра

После установления равновесия в ячейке включается электронагреватель. Температура ядра, а значит и разность температур между ядром и автоклавом, повышается. Для определения коэффициентов теплопроводности и теплоемкости необходимо измерить разность температур ядра и автоклава в со временем при определенном значении W0 . В случае стационарного режима эта разность постоянна.

Определим тепло, уходящее по трубке в окружающую среду (автоклав) с постоянной температурой t0. Температурное поле вдоль трубки от ядра показано на рисунке 2. Как известно уравнение теплового баланса

а2в ' ,

- = 0 . (1)

Рис. 2. Температурное поле вдоль трубки от ядра Здесь = 2пЛ—, Ят- коэффициент теплопроводности материала трубки, 5Т -площадь сечения трубки, Кт = — - отношение радиусов цилиндрического зазора.

При решении данной задачи считаем идеальным тепловой контакт между трубкой и ядром, тепло теряется только через стенку трубки и трубка располагается строго концентрично в отверстии автоклава.

Решением уравнения (1) является

в = Се~тх . (2)

Учитывая граничные условия х=0, в=вя получим

в = вяе~тх . (3)

Тепловой поток от ядра к трубке

- ( \ - -Потеря с обоих концов трубки будет

2nSbAAT

1пК„

(4)

q1 = 4пв.

N

(ri2 _ Tq)AAt

21ПКт

(5)

где вя- разность температур между трубкой и автоклавом, г0 - внутренний радиус трубки.

Тепловой поток от ядра через измерительный слой

А0а Ава

?2= = 271-^0,, + ДО , (6)

Здесь - площадь рабочей поверхности ядра, - толщина измерительного слоя жидкости, 10, Д х- длина и радиус ядра. Если принять кольцевой и торцевые зазоры

г. „ „ , й2 5

равными, а о очень малой величиной, то I п — « — .

Тогда из выражений (5) и (6) для поправки на потерю тепла по трубке

а, 28

Д= — =

q2 fliGo+fli)

Oi ~

2AlnKb

Для примера, эта поправка для жидких углеводородов (А = 0, 1 ощутима Д =0,02 , т.е. 2%, если взять 10 = 1 0 см, R i = 1 см, S = 0, 0 5 см, для стальной трубки Аь = 1 6— .

0 м-К

Список литературы /References

1. Платунов Е.С. Теплофизические измерения в монотонном режиме. Энергия, 1973. 144 с.

2. Назиев Д.Я. Теплопроводность многокомпонентных смесей углеводородов при высоких параметрах состояния. Дисс. док. тех. наук. Баку, 1997. 454 с.