Вимірювання густини теплового потоку при неруйнівному контролі
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.304597Ключові слова:
вимірювач теплового потоку, термоелектричний акумуляторний перетворювач, мідно-константанова термопара, неруйнівний методАнотація
Об'єктом дослідження є розробка пристрою, здатного точно та надійно вимірювати густину теплового потоку у різних середовищах. Представлено розробку вимірювача густини теплового потоку, призначеного для неруйнівного аналізу теплових процесів у різних сферах застосування.
Розроблений пристрій призначений для оцінки стану теплоізоляції підземних трубопроводів. Функціональність пристрою вимірювання теплового потоку заснована на порівнянні стандартних значень температури з експериментальними, виміряними на поверхні грунту. Для забезпечення точного та надійного вимірювання густини теплового потоку в основі лежить термоелектричний акумуляторний перетворювач, в якому використовується метод допоміжної стінки. Пристрій вимірювання густини теплового потоку виконано у формі обмеженого циліндра, одна основа якого служить робочою поверхнею, а друга забезпечує тепловий контакт з корпусом за температури навколишнього середовища. Вбудовані нагрівачі дозволяють генерувати тепловий потік через термоелектричний датчик у напрямках, перпендикулярних до його основи. Для калібрування пристрою вимірювання теплового потоку проведені експерименти з використанням стандартної калібрувальної таблиці для мідно-константанової термопари. Підвищення температури визначалося за термоелектрорушійною силою, випробування проводилися на існуючій тепломережі. Проведені вимірювання підтверджують принципову можливість використання запропонованого пристрою для реалізації методу теплового неруйнівного контролю на підземних теплотрасах.
Результати експерименту можуть бути використані не тільки для наукових досліджень, але і для контролю та регулювання процесів у різних областях науки і техніки. Розроблений вимірювач теплового потоку зробить значний внесок у розвиток сучасних методів аналізу теплових процесів.
Також визначено розміри термоелектричного акумуляторного перетворювача, коефіцієнт (kq) повинен знаходитися в межах від 4,0 до 12,0 Вт/(м2⋅мВ), електричний опір – 12–20 кОм
Посилання
- Peter, L. (2020). Development of a non-destructive testing method for thermal assessment of a district heating network. Chalmers University of Technology, 34. Available at: https://research.chalmers.se/publication/515569/file/515569_Fulltext.pdf
- Standard Test Method for Steady-State Heat Flux Measurements and Thermal Transmission Properties by Means of the Guarded-Hot-Plate Apparatus: ASTM C177-10.
- McAfee, K., Sunderland, P. B., Rabin, O. (2023). A heat flux sensor leveraging the transverse Seebeck effect in elemental antimony. Sensors and Actuators A: Physical, 363, 114729. https://doi.org/10.1016/j.sna.2023.114729
- Pullins, C. A., Diller, T. E. (2010). In situ High Temperature Heat Flux Sensor Calibration. International Journal of Heat and Mass Transfer, 53 (17-18), 3429–3438. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.03.042
- Saidi, A., Kim, J. (2004). Heat flux sensor with minimal impact on boundary conditions. Experimental Thermal and Fluid Science, 28 (8), 903–908. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2004.01.004
- Akoshima, M. (2021). Developement of an apparatus for practical calibration of heat flux sensors. Measurement: Sensors, 18, 100343. https://doi.org/10.1016/j.measen.2021.100343
- Pountney, O. J., Patinios, M., Tang, H., Luberti, D., Sangan, C. M., Scobie, J. A. et al. (2021). Calibration of thermopile heat flux gauges using a physically-based equation. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 235 (7), 1806–1816. https://doi.org/10.1177/0957650920982103
- Fralick, G., Wrbanek, J., Blaha, C. (2002). Thin Film Heat Flux Improved Design. National Aeronautics and Space Administration, 211566. Available at: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20020082950/downloads/20020082950.pdf
- Azerou, B., Garnier, B., Lahmar, J. (2012). Thin film heat flux sensors for accurate transient and unidirectional heat transfer analysis. Journal of Physics: Conference Series, 395, 012084. https://doi.org/10.1088/1742-6596/395/1/012084
- Kava, M. P., Patel, A. (2023). Design Development and Performance of a Heat Flux Meter Subjected to a Steady State Heat Flux Conditions. Vol. IV Mechanical Engineering, Metallurgical & Materials Engineering, Textile Engineering. Maharaja Sayajirao University of Baroda. Available at: https://www.researchgate.net/publication/370074617_Design_Development_and_Performance_of_a_Heat_Flux_Meter_Subjected_to_a_Steady_State_Heat_Flux_Conditions
- Diller, T. E. (2015). Heat Flux Measurement. Mechanical Engineers’ Handbook, 1–27. https://doi.org/10.1002/9781118985960.meh407
- Ewing, J., Gifford, A., Hubble, D., Vlachos, P., Wicks, A., Diller, T. (2010). A direct-measurement thin-film heat flux sensor array. Measurement Science and Technology, 21 (10), 105201. https://doi.org/10.1088/0957-0233/21/10/105201
- Karabekova, D. Zh., Kissabekova, P. A., Khassenov, A. K., Azatbek, Sh. (2021). Pat. No. 6393 RK. A device for measuring heat flow. No. 021/0315.2; declareted: 01.04.2021; published: 03.09.2021.
- Karabekova, D. Zh., Kissabekova, P. A., Kucheruk, V. Yu., Mussenova, E. K., Azatbek, Sh. (2022). Main characteristics of the heat flow meter. Eurasian Physical Technical Journal, 19 (2 (40)), 71–74. https://doi.org/10.31489/2022no2/71-74
- Karabekova, D. Zh., Kissabekova, P. A., Nussupbekov, B. R., Khassenov, A. K. (2021). Analysis of the Insulation State of Underground Pipelines in the Heating Network. Thermal Engineering, 68 (10), 802–805. https://doi.org/10.1134/s0040601521100013
- Kissabekova, P. A., Karabekova, D. Zh., Khassenov, A. K., Kucheruk, V. Yu., Kudusov, A. S., Kyzdarbekova, Sh. S. (2023). Theoretical foundations of the construction of the operation of heat flow devices. Bulletin of the Karaganda University “Physics Series,” 1 (109), 80–87. https://doi.org/10.31489/2023ph1/80-87
- Nussupbekov, B. R., Karabekova, D. Zh., Khassenov, A. K., Nussupbekov, U. B. (2016). Pat. No. 1588 RK. Heat flow meter. published: 29.07.2016.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Dana Karabekova, Perizat Kissabekova, Ayanbergen Khassenov, Volodymyr Kucheruk, Arystan Kudussov
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
