Метод постоянной мощности для изучения свойств веществ при импульсном нагреве
Диссертация
Развит новый метод численного моделирования параметров теплообмена в импульсных процессах с учетом температурной зависимости теплофизических свойств зонда и вещества. В общем случае, теплофизические свойства вещества при исходной температуре считаются известными. Суть вычислений состоит в минимизации рассогласования между моделирующим полиномом и опытной термограммой путем итеративного подбора… Читать ещё >
Содержание
- 1. Введение
- 2. Исследование теплофизических свойств жидкостей методом импульсного нагрева проволочного зонда
- 2. 1. Классический метод импульсного нагрева проволочного зонда
- 2. 1. 1. Измерительная установка
- 2. 1. 2. Измерение уровня мощности
- 2. 1. 3. Обработка данных
- 2. 2. Разновидность классического метода импульсного нагрева проволочного зонда
- 2. 2. 1. Схема измерительного моста
- 2. 2. 2. Процедура проведения измерения
- 2. 3. Метод импульсного нагрева короткого проволочного зонда
- 2. 3. 1. Физическая модель и численный анализ
- 2. 3. 2. Измерительная установка
- 2. 3. 3. Процедура проведения измерения
- 2. 4. Метод иррегулярного нагрева для измерения свойств короткоживущих жидкостей
- 2. 5. Постановка задачи исследования
- 3. Устройство электронного управления мощностью при импульсном нагреве
- 3. 1. Схемные решения
- 3. 2. Детали реализации
- 3. 2. Программное обеспечение
- 3. 3. Анализ решения
- 3. 4. Оценка погрешностей
- 4. Метод численного моделирования параметров теплообмена в области устойчивых и термонеустойчивых состояний вещества
- 4. 1. Метод построения температурного поля по известным ТФС с использованием метода конечных разностей
- 4. 1. 1. Задание геометрии модели
- 4. 1. 2. Ввод исходных данных
- 4. 1. 3. Расчет
- 4. 2. Численное моделирование температурно-зависимых параметров теплообмена с использованием метода генетических алгоритмов
- 4. 2. 1. Блок-схема генетического алгоритма
- 4. 2. 2. Реализация расчетного метода
- 4. 1. Метод построения температурного поля по известным ТФС с использованием метода конечных разностей
- 5. 1. Методика проведения опытов
- 5. 2. Результаты опытов
- 5. 3. Обсуждение результатов
- 5. 3. 1. Устройство: возможности и пути усовершенствования
- 5. 3. 2. Обсуждение метода моделирования параметров теплообмена
Список литературы
- Вершинин Ю.Н. Электронно-тепловые и детонационные процессы при электрическом пробое твердых диэлектриков. Екатеринбург: УрО РАН, 2000.
- Фортов В.Е. Теплофизические свойства веществ в экстремальных условиях // Материалы X Российской конф. по теплофизическим свойствам веществ. Казань: Редакция «Бутлеровские сообщения», 2002. С. 1−7.
- Павлов П.А. Динамика вскипания сильно перегретых жидкостей. Свердловск: УрО АН СССР, 1988.
- Безопасность критичных инфраструктур и территорий // II Всероссийская научно-техническая конференция. Тезисы докладов. Под ред. С. А. Тимашева. Екатеринбург: УрО РАН, 2008.
- Полежаев Ю.В., Юревич Ф. Б. Тепловая защита. М.: Энергия, 1976.
- Филиппов Л.П. Измерения теплофизических свойств веществ методом периодического нагрева. М.: Энергоатомиздат, 1984.
- Кравчун С.Н., Липаев А. А. Метод периодического нагрева в экспериментальной теплофизике. Казань: Изд-во Казанского ун-та, 2006.
- Габитов Ф.Р. Теплофизические свойства органических жидкостей в широком диапазоне температур, не искаженные радиационным теплопереносом. Автореферат дисс.. д.т.н. Казань: КГТУ, 2000.
- Hakansson В., Andersson P., Backstrom G. Improved hot-wire procedure for thermophysical measurements under pressure // Rev. Sci. Instrum. 1988. V. 59, № 10. P. 2269−2276.
- Perkins R.A., Roder H.M., Nieto de Castro C.A. A high-temperature transient hot-wire thermal conductivity apparatus for fluids // J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 1991. V. 96, № 3. P. 247−269.
- Assael M.J., Karagianndis L., Malamataris N., Wakeham W.A. The Transient Hot-Wire Technique: A Numerical Approach // Int. Journ. Thermophys. 1998. V.19, № 2. P. 379−389.
- Xie H., Gu H., Fujii M., Zhang X. Short hot wire technique for measuring thermal conductivity and thermal diffusivity of various materials // Meas. Sci. Technol. 2006. V. 17. P. 208−214.
- Спирин Г. Г. Измерение теплопроводности перегретых жидкостей // ИФЖ. 1978. Т. 35, № 3. С. 445−449.
- Васильев С.Н., Волосников Д. В., Скрипов П. В., Старостин А. А., Шишкин А. В. Программируемое устройство для опытов с перегретым зондом в импульсных режимах //ПТЭ. 2004. № 4. С. 130−135.
- Павлов П.А., Скрипов П. В. Парообразование в полимерных жидкостях при быстром разогреве // ТВТ. 1998. Т. 36, № 3. С. 448−455.
- Д.В. Волосников, В. П. Ефремов, П. В. Скрипов, А. А. Старостин, А. В. Шишкин Экспериментальное исследование теплообмена в термонеустойчивых полимерных системах // ТВТ. 2006. Том 44, № 3. С. 465 471.
- Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. Перевод со 2-го изд. М.: Наука, 1964.
- Roder Н.М. A Transient Hot-Wire Thermal Conductivity Apparatus for Fluids // Journ. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 1981. V. 86, № 5. P. 457−480.
- Perkins R.A., Nieto de Castro C.A., Ramires M. L. V. Thermal Conductivity of Saturated Liquid Toluene by Use of Anodized TantalumHot Wires at High Temperatures // Journ. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 2000. V. 105, № 2. P. 255 265.
- Perkins R.A., Roder H.M., Laesecke A., Absolute Steady-State Thermal Conductivity Measurements by Use of a Transient Hot—Wire System // Journ. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. V. 105, № 2. P. 255- 265.
- Perkins R. A., Friend D. G., Roder H. M. and Nieto de Castro C. A. Thermal conductivity surface of argon: A fresh analysis. // Int. Journ. Thermophys. 1991. V. 12, P. 965−984.
- Ramires M. L. V., Nieto de Castro C. A. and Perkins R. A. An Improved Empirical Correlation for the Thermal Conductivity of Propane // Int. Journ. Thermophys. 2000. V.21, P. 639−650.
- Assael M.J., Charitidou E., Dix M., Nieto de Castro C. A, Wakeham W.A. A Computer Controlled Instrument of the Thermal Conductivity of Liquids// Int. Journ. Thermophys. 1987. V.8, № 5. P. 511−519
- Assael M.J., Charitidou E., Dix M., Nieto de Castro C. A, Wakeham W.A. The Thermal Conductivity of n-Hexane, n-Heptane and n-Decane by the Transient Hot-Wire Method // Int. Journ. Thermophys. 1987. V.8, № 6. P.663−670.
- Charitidou E., Molidou Ch. and Assael M.J. The Thermal Conductivity and Viscosity of Benzene // Int.J. Thermophys. 1988. V.9, P.37−45.
- Assael M.J., Charitidou E. and Avgoustiniatos S. The Thermal Conductivity of Xylene Isomers in the Temperature Range 290−360K // Int.J.Thermophys. 1988. V.9, P.501−510.
- Assael M.J., Ramirez M.L.V. Nieto de Castro C.A. and Wakeham W.A., Benzene. A Further Liquid Thermal Conductivity Standard Meterial // J.Phys.Chem.Ref.Data. 1990 V. 19, P. 113−117.
- Al-Harbi D.K., Assael M.J. Karagiannidis L. and Wakeham W.A., Thermal Conductivity of Iso-Pentane in the Temperature Range 307−355 К at Pressures up to 0.4 GPa//Int.J.Thermophys. 1991. V. l2, P. 17−25.
- Assael M.J. and Dalaouti N.K. The Thermal Conductivity of Toluene + Cyclopentane Mixtures: Measurements and Prediction // Int. J.Thermophys. 2001. V.22, P.659−678.
- Assael M.J., Charitidou E. and Nieto de Castro C.A. Absolute Measurements of the Thermal Conductivity of Alcohols by the Transient Hot-Wire Technique // Int.J.Thermophys. 1988. V.9, P.813−824.
- Assael M.J., Charitidou E. and Wakeham W.A.The Thermal Conductivity of Mixtures of Alcohols and Water//Int. J. Thermophys. 1989. V.10, P. 793−803.
- Assael M.J. and Charitidou E. Measurement of the Thermal Conductivity of Alcohol and n-Hexane Mixtures // Int. J. Thermophys. 1990. V. l 1, P. 1001−1009.
- Assael M.J., Charitidou E. and Karagiannidis L. The Thermal Conductivity of n-Hexadecane and Ethanol and n-Decane and Butanol Mixtures // Int.J.Thermophys. 1991. V.12, P.491−500.
- Assael M.J., Malamataris N. and Karagiannidis L. Measurements of the Thermal Conductivity of Refrigerants in the Vapour Phase // Int. J. Thermophys. 1997. V.18, P.341−352.
- Assael M.J., Dalaouti N.K., Griva A.A., and Dymond J.H. Viscosity and Thermal Conductivity of Halogenated Methane and Ethane Refrigerants // Int. J. Refrig. 1999. V.22, P.525−535.
- Gao X., Assael M.J., Nagasaka Y., and Nagashima A. Estimation & Prediction of Thermal Conductivity and Viscosity of Binary and Ternary HFC Refrigerant Mixtures. // Int. J. Thermophys. 2000. V.21, P.23−34.
- Assael M.J., Oliveira C., Wakeham W.A. Towards the Viscosity of Refrigerant/Oil Mixtures. // Fluid Phase Equil. 2003. V. 210, P. 5−19.
- Assael M.J., Chen C.-F., Metaxa I., and Wakeham W.A. Thermal Conductivity of Carbon Nanotube Suspensions in water. // Int. J. Thermophys. 2004. V. 25, P. 971−985.
- Assael M.J., Metaxa I.N., Kakosimos K., and Konstandinou D. Thermal conductivity of nanofluids Experimental and Theoretical // Int. J. Thermophys. 2006. V.27.P. 997−1017.
- Fujii M., Zhang X., Imaishi N, Fujiwara S., Sakamoto T. Simultaneous measurements of thermal conductivity and thermal diffusivity of liquids under microgravity conditions.// Int. J. Thermophys. 1997. V.2 P. 327−339
- Zhang X., Hendro W., Fujii M., et al. Measurements of thermal conductivity and thermal diffusivity of polymer melts with the short-hot-wire method // CD-Proceedings of 14-th Symp. on Thermophys. Prop.: NIST/ASME. Boulder. June. 2000.
- Zhang X. and Fujii M. Simultaneous measurements of thermal conductivity and thermal diffusivity of Molten Salts with a Transient Short-Hot-Wire Method. // Int. J. Thermophys. 2000. V.21 P. 71−84.
- Zhang X., Gu H. And Fujii M. Experimental Study on the Effective Thermal Conductivity and Thermal Diffusivity of Nanofluids. // Int. J. Thermophys. 2006. V.27, № 2, P.569 -580.
- Мулюков P.P., Павлов П. А. Метод одновременного измерения теплопроводности и удельной теплоемкости короткоживущей жидкости // ИФЖ. 1980. Т. 38, № 4. С. 716−720.
- Мулюков P.P. Комплексное исследование теплофизических свойств перегретой жидкости. Дисс.. канд. физ.-мат. наук, Свердловск: УПИ. 1981.
- Мулюков P.P. Расчет поправки на теплоотдачу в токоподводы при измерениях импульсным вариантом метода зонда. // Теплофизические свойства перегретых жидкостей. Свердловск: УНЦ АН СССР. 1978. С. 5156.
- Мулюков P.P., Павлов П. А. Экспериментальное исследование теплофизических свойств перегретого «-пентана // ТВТ. 1982. Т. 20. № 1. С. 49−53.
- Тарзиманов А.А., Габитов Ф. Р., Поникарова И. Н. Теплопроводность высокотемпературных теплоносителей, не искаженная радиационным переносом энергии // ТВТ. 1997. Т. 35, № 5. С. 839.
- Волосников Д.В. Экспериментальное исследование теплопереноса в термонеустойчивых жидкостях. Дисс.. к.ф.-м.н. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2002.
- Афанасьев С.Ю., Жуков С. А., Ечмаев С. Б. Исследование теплообмена при недогретом пузырьковом кипении в условиях стабилизации температуры проволочного нагревателя // ТВТ. 1996. Т. 34, № 4. С. 583.
- National Semiconductor December 1994. LF155/LF156/LF157 Series
- Monolithic JFET Input Operational Amplifiers. Pp. 1−10.
- Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник Под ред. Н. Н. Горюнова. -М.: Энергоатомиздат, 1983 С. 505−509.
- Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство-М.: Мир, 1982. С.67−76.
- Hameg Instruments Manual for Function Generator HM8131−2. Pp.27−28.
- Внешний модуль АЦП/ЦАП на шину USB 1.1 Е 440. Техническое описание и руководство программиста. // М. 2003.
- Шатунов Е.С., Буравой С. Е., Курепин В. В., Петров Г. С. Теплофизические измерения и приборы. JL: Машиностроение, 1986.
- Метрология и радиоизмерения. Учебник / Под ред. проф. В. И. Нефедова. М.: Высшая школа, 2003.
- Новицкий П.В., Зограф И. А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1991. С.42−86.
- Бурдун Г. Д., Марков Б. Н. Основы метрологии. Учебное пособие для вузов. М., Издательство стандартов, 1972. С.123−170.
- Измеритель иммитанса LCR-816/817/819/821/827/829. Руководство по эксплуатации. // М. 2005.
- Беляев Н.М., Рядно А. А. Методы теории теплопроводности. 4.2.- М.: Высшая школа, 1982.- 304 с.
- Chipperfield A.J., Fleming P.J. et al. Genetic Algorithms Toolbox: Users Guide.- The Mathworks, Inc., 1994.
- Горбатов В.И. Теплофизические свойства железа и металлов подгруппы титана вблизи точек фазовых переходов первого рода. Дис.. канд. физ.-мат. наук. — Екатеринбург, 1993, 167с.
- Багинский А.В., Варченко А. А. Теплофизические свойства веществ и материалов. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1979. С. 132.
- Филиппов Л.П., Нефедов С. Н., Кравчун С. Н., Бахарева JI.A. // Измерительная техника. 1980. № 6. С. 33.
- Goldberg D. Е. Computer-aided Gas Pipeline Operation Using Genetic Algorithms and Rule Learning, 1983. Ph.D. Dissertation from the University of Michigan
- Goldberg D. E. Genetic algorithms in search optimization and machine learning. Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc. Boston, MA, USA, 1989.
- Chiwiacowsky, L.D. and Campos Velho, H.F. 2003a., Different Approaches for the Solution of a Backward Heat Conduction Problem, Inverse Problems in Engineering, Vol. l 1, Number 6, pp 471−494
- M. Raudensky, К. A. Woodbury, J. Krai, and Т. Brezina, «Genetic Algorithm in Solution of Inverse Heat Conduction Problems,» Numerical Heat Transfer, Part B: Fundamentals, Vol 28, no 3, Oct.-Nov. 1995, pp. 293−306.
- Deng, S. and Hwang, Y. 2006., Applying Neural Networks to the Solution of Forward and Inverse Heat Conduction Problems, International Journal of Heat and Mass Transfer, 49, pp 4732−4750.
- Рутковский JI., Рутковская Д., Пильинский М. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы. М.: Горячая Линия Телеком, 2007.
- Б. Лю., Теория и практика неопределенного программирования. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2005.
- Панченко Т. Генетические алгоритмы. Учебное пособие под ред. Тарасевича. Астрахань: Астраханский университет, 2007.79. http://g-u-t.chat.ru/ga/index.htm
- Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. Справочник. М.: Металлургия, 1989. 384 с.
- Nikitin E.D., Pavlov P. A., Skripov P. V. Measurement of the critical properties of thermally unstable substances and mixtures by the pulse-heating method // J. Chem. Thermodyn., 1993 25, 869−880.
- Д.В. Волосников, В. П. Ефремов, П. В. Скрипов, А. А. Старостин, А. В. Шишкин Экспериментальное исследование теплообмена в термонеустойчивых полимерных системах // Теплофизика высоких температур. 2006. Том 44, № 3. С. 465−471.
- Нефедов С.Н. Метод исследования комплекса теплофизических свойств жидкостей//Дисс.. к.ф.-м.н. М.: МГУ им. М. В. Ломоносова, 1980.
- Кравчун С. Н. Теплопроводность бинарных жидких систем. ЖФХ, 1986, Т. 60, № 9, с. 2176−2179.
- Кравчун С.Н. Исследование теплофизических свойств жидкостей методом периодического нагрева. Дисс.. к.ф.-м.н. М.: МГУ им. М. В. Ломоносова, 1983.
- Филиппов Л.П., Кравчун С. Н. О теплопроводности растворов жидкостей // ЖФХ. 1982. Т. 56, № 11. С. 2753−2756.
- Skripov P.V., Smotritskiy А.А., Starostin А.А., Shishkin A.V. A Method of Controlled Pulse Heating: Applications // Journal of Engineering Thermophysics. 2007. Vol. 16(3). P. 155−163.
- Скрипов П.В., Старостин А. А., Смотрицкий А. А., Рютин С. Б. Метод экспресс-контроля содержания летучих примесей в промышленных маслах // Научные труды межд. научно-практической конференции «СвязьПром 2005». Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. С. 325−328.
- Скрипов П.В., Смотрицкий А. А., Старостин А. А., Шишкин А. В. Автоматизированная установка для исследования теплофизических свойств веществ в режиме ударного импульсного нагрева // Вестник УГТУ-УПИ. Екатеринбург, 2004. № 20 (50). С. 233−236.