Determinarea debitului de căldură la teploomkostnomu (Tablet) regim regulat senzor

Flux Determinarea căldurii la TEPLOOMKOSTNOMU (tabletă) Senzor de rutină regulată peste valorile discrete ale temperaturii sale

Grigorovich BM Nazarenko IP Nikitin PV Centurion EV

Metode de calcul a fluxului de căldură către calorimetrului cu senzor de temperatură discret teploomkostnogo valori comprimat. Eroare de calcul excluse din cauza la ieșirea calorimetrului în modul obișnuit.

Pentru a determina fluxul de căldură la proba din diferite surse de căldură și la suprafață, în special din fluxurile plasmatice ridicate ale entalpiei se utilizează senzori calorimetrică tabletei (Fig. 1). Element de primire a căldurii (SPE) disc 1. calorimetru este realizată dintr-un material cu conductivitate termică ridicată, de obicei cupru. TPE fixat în carcasa 2 răcit, și izolați-l din manșonul 3 dintr-un material cu conductivitate termică scăzută. Diametrul și grosimea sunt selectate senzorul condițiilor experimentale și cuprind, în mod tipic, unitatea de milimetri. Temperatura senzorului este măsurată cu termocuplu 4.

Înainte de măsurătorile calorimetru TPE blocate obturator de la expunerea la fluxul de căldură la temperatura T senzorului a fost egal cu T0 temperatura corpului. Apoi, senzorul este expus la deschiderea de perdele ale fluxului de încercare de căldură, astfel încât este redusă la minimum timpul de stabilizare a senzorului de debit de căldură staționar.

Dacă temperatura depășește TPE temperatura corpului calorimetrului, atunci există o porțiune de ieșire a căldurii de la senzor în carcasă. Mai mult, deoarece viteza de încălzire corespunde acumulării căldurii TPE în acesta, apoi calculat direct din viteza măsurată de creștere a temperaturii timpului TPE fluxului termic va fi mai puțin supusă definiției incident specific fluxului de căldură de pe suprafața senzorului de recepție a căldurii.

In experimentul de temperatură în afara TPE mod regulat numai după tranzitorie asociată timpului finit de deschidere a declanșatorului și TPE cald (fig. 2).

De obicei, senzorul de temperatură înregistrează un osciloscop, iar fluxul termic specific este determinat din panta tangentei la curba la un punct care corespunde sfârșitul tranziției, conform ecuației

în cazul în care Q0. W / m 2 - fluxul de căldură specific TPE; B = Cg / S, [J / m 2 K] - capacitatea termică pe unitatea de suprafață integrală a TPE de lucru; Sd. [. J / deg] - capacitate cumulativă de căldură a senzorului, media pe intervalul de temperatură de funcționare; S, [m 2], - aria suprafeței senzorului care primește fluxul de căldură, φ - unghiul de înclinare a tangentei la axa orizontală; AT - creșterea temperaturii TPE pe tangenta timpului AT.

Fig. 2. Modificarea senzorului de temperatură în timp pe durata experimentului

Definit în acest fel valoarea fluxului termic specific este scăzută. În plus, ținând tangenta este destul de subiectiv.

Prin urmare, pentru a îmbunătăți precizia fluxului termic specific adecvat să se aplice metoda de determinare sale, care ia în considerare disiparea căldurii din TPE în corpul calorimetrului și utilizează valori discrete temperatură TPE. Acesta din urmă este și mai relevant în legătură cu cererea de înregistrare a senzorului de temperatură și de calcul al calculatorului specific fluxului termic.

Algoritmul de calcul este presupunând un flux termic constant la TPE, temperatura corpului, capacitatea termică a materialului senzorului și coeficientul de transfer de căldură de la senzor în carcasă.

În acest caz, ecuația de echilibru pentru incident specific fluxul de căldură pe senzor va avea forma:

unde θ = T - T0 - senzor de temperatură în exces; T, [R] - valoarea curentă a senzorului de temperatură; T0, [K] - temperatura senzorului, înainte de expunerea la fluxul de căldură (se presupune că este egală cu temperatura corpului calorimetrului K, [W / m 2 K] - coeficientul integral al transferului de căldură de la senzor în carcasă; [c] - senzor timp constant.

Soluția ecuației (1) are forma:

unde θm = Tm - T0 - valoarea maximă asimptotică când θ t;
t0 - de aproximare a dependenței de timp t = f (T), care corespunde ecuației (3), atunci când θ = 0; .

Luați în considerare unele dintre proprietățile ecuațiile de mai sus.

Din ecuațiile (2) și (3) rezultă că pentru t → ∞, senzorul de temperatură

Diferențierea ecuația (3) a lungul timpului, obținem

Logaritmarea (6), obținem relația liniară

Din ecuația (3) poate fi constatat că intervalul de timp de la punctul t0. la punctul de-al i-lea este:

La momentul inițial și, după cum rezultă din ecuația (6), derivatul

are o valoare maximă, iar valoarea specifică Q0 fluxului termic ,, determinată din ecuația (2) și, de asemenea, corespunde fluxului termic maxim ce va fi trimis la senzor.

La determinarea q0 direct pe derivata timp a temperaturii la un moment dat, așa cum sa menționat deja, obținem eroarea asociată cu radiatorul de la senzor din corp calorimetrului. Valoarea sa poate fi determinată din ecuația (6):

Pentru a exclude această eroare este posibil, aproximând curba experimentală obținută prin ecuația (3) și folosind ecuația (2), (4), (6), (7) și (9).

În ecuația (2) al senzorului constant B este definit prin dimensiunile sale geometrice și capacitatea termică a materialului senzorului.

Ulterior, considerând ecuațiile pentru a descrie procesul de încălzire a senzorului ia t0 = 0 și t - t0 = θ.

Valoarea τ constantă de timp senzor poate fi obținut, cunoscând valoarea la două puncte, și folosind ecuația (7).

Această metodă de determinare a τ constanta de timp, folosind logaritmul derivatului de temperatură cu timpul este util pentru o prelucrare a datelor de pe un computer când este posibil să se lucreze cu o gamă largă de pixeli și produc netezirea constrângerile experimentale.

De asemenea, este posibil să se găsească valoarea τ, având doar trei valori măsurate θ1 senzor de temperatură. θ2. θ3 la trei puncte în timp: T1. t2 = t1 + AT, și t3 = t1 + 2δt, conform ecuației obținute prin utilizarea (3):

unde constanta de timp de încălzire a senzorului

Această metodă este deosebit de adecvat să se aplice prelucrării conform cu θ = f (t), obținut prin înregistrarea pe un osciloscop.

Astfel, pentru a determina senzorul de flux incident de căldură în conformitate cu ecuația (2) și la stânga pentru a găsi θ valoare la un moment dat în timp, de exemplu, la t = t2.

In primul caz, atunci când o prelucrare primară a datelor experimentale pe un calculator au funcție și θ = f (t), aceste cantități sunt determinate în mod direct, folosind operația potențare.

În al doilea caz, atunci când fluxul de căldură la senzor este determinat din valorile la trei puncte de timp temperatura senzorului, se utilizează tehnica următoare.

Ia schimbarea relativă medie a temperaturii în zonele 1..2 și 2. 3: și, apoi, la o primă aproximare, valoarea valorii medii a incrementelor relative temperaturii senzorului la punctele 1 și 2. 2 3.

În continuare, se stabilește, în primă aproximație, incidentul fluxul de căldură pe senzor

și următoarele aproximări sunt calculate:

Conform ecuației (4) este

Apoi, conform ecuației (7), având în vedere că t0 acceptat = 0, descoperim t1 și t2.

Apoi, vom găsi cea de a doua apropiere:

conform ecuației (6), - timpul derivat temperatura punctului de exces de 2

conform ecuației (1) - flux termic specific

Calculând (17). (20) se repetă până la o convergență predeterminată de q0.

1. Metodă pentru prelucrarea matematică a datelor experimentale pentru calculul fluxului termic specific măsurat cu un tip de tabletă calorimetru de valori discrete TPE temperatura în funcție de timp. Acest lucru îmbunătățește precizia determinării calorimetrie fluxului termic specific la temperatură ridicată cu jet la 10. 15%, reprezentând îndepărtarea căldurii din TPE carcasă.

2. Pe baza metodei propuse, algoritmul de calcul al fluxului de căldură, care pot fi utilizate în sistemele automate de înregistrare și prelucrare a datelor experimentale.

3. Metoda propusă permite estimarea timpului constant TPE Calorimetrul, care este utilizat atât în ​​designul său și în selectarea modului de masurare.

Vă aducem revistele publicate de editura „Academia de Științe Naturale“

(Factor de impact ridicat RISC, teme reviste care acoperă toate domeniile științifice)