Дослідження впливу концентрації цукрового розчину на інтенсивність теплообміну методом регулярного теплового режиму

Abstract

В енергетичній галузі прогнозування інтенсивності теплообміну має велике значення, оскільки це дає змогу розраховувати та підбирати обладнання, особливо коли частково невідома інформація з теплофізичних властивостей рідинних середовищ. В роботі досліджується система «навколишнє середовище (вода в кільцевому об’ємі) — тонка циліндрична металева стінка — досліджуване рідинне середовище (цукровий розчин)». Вивчається теплообмін під час нагрівання та охолодження цукрового розчину масової концентрації сухих речовин 20 % та 70 % в умовах вимушеної конвекції. Встановлено, що в досліджуваному рідинному середовищі (цукровий розчин) мають місце ознаки регулярного теплового режиму (РТР), а саме темп охолодження (нагрівання) цукрового розчину m = const; коефіцієнт тепловіддачі від навколишнього середовища (води) до тонкостінного металевого циліндра α1 ≈ const та коефіцієнт нерівномірного розподілу температури незмінний. В літературі відоме існування регулярного теплового режиму лише для твердих тіл та системи з твердих тіл. В попередніх роботах авторів досліджено ознаки регулярного теплового режиму в системі «рідина—тверде тіло». Для визначення коефіцієнта тепловіддачі між внутрішньою тонкостінною посудиною та досліджуваним середовищем використовується розрахунково-експериментальний метод. Для прогнозування теплообміну використано метод регулярного теплового режиму. Дослідження проводиться на експериментальному стенді, який є складовою експериментальнорозрахункового методу в умовах вимушеної конвекції. Співвідношення діаметрів мішалки та внутрішньої посудини d/D= 0,6. Діапазон регулювання частоти обертів мішалки 26…150 об/хв. Вимірювання температур у робочих об’ємах під час експериментального дослідження здійснюється за допомогою вертикально встановлених термопар в десяти точках. З використанням ознак існування регулярного теплового режиму проводиться аналіз впливу концентрації цукрового розчину на інтенсивність теплообміну.

In power industry branch of national economy , forecasting of the heat exchange intensity is of great importance, since it enables to calculate and select equipment, especially when information on the thermophysical properties of liquid media is partially unknown. The work examines the system "environment (water in an annular volume) — thin cylindrical metal wall — investigated liquid medium (sugar solution)". Heat exchange during heating and cooling of a sugar solution with a mass concentration of dry substances of 20 % and 70 % under conditions of forced convection is studied. It was established that in the studied liquid medium (sugar solution) signs of a regular thermal mode occur (RTM), namely: the rate of cooling (heating) of the sugar solution m = const; coefficient of heat transfer from the medium (water) to the thinwalled metal cylinder α1 ≈ const; coefficient of uneven temperature distribution is const. In the literature, the existence of a regular thermal mode is known only for the solid bodies and systems of solid bodies. In the previous works of the authors, signs of a regular thermal mode in the "liquid-solid" system were investigated. The calculation-experimental method is used to determine the heat transfer coefficient between the internal thin-walled vessel and the medium under the study. For the prediction of the heat exchange, the regular thermal mode method was applied. The research is carried out on an experimental stand, which is a component of the experimental-calculation method under conditions of forced convection. The ratio of the diameters of the stirrer and the inner vessel d/D = 0.6. The range of adjustment of the frequency of revolutions of the stirrer is 26...150 rpm. Measurement of temperatures in the working volumes during the experimental study is carried out using vertically installed thermocouples in ten points. Using signs of the existence of a regular thermal mode, the analysis of the influence of sugar solution concentration on the intensity of heat exchange is carried out.