DD266172B5

DD266172B5 - Verfahren zur bestimmung der waermeleitfaehigkeit des einzelpartikels einer schuettung

Info

Publication number: DD266172B5
Application number: DD30718787A
Authority: DD
Inventors: Guenther Dipl-Ing Wolf; Karin Dr-Ing Grossmann
Original assignee: Univ Dresden Tech
Priority date: 1987-09-24
Filing date: 1987-09-24
Publication date: 1994-01-20
Also published as: DD266172A1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Die Erfindung betrifft ein Vorfahren zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit des Einzelpartikels einer Schüttung, wie sie beispielsweise boi Trocknungs- und Regonorationsvorgängen (für Auslegungsrechnungen, Optimierung des Energieeinsatzes, Einhaltung von Grenztemperaturon für empfindliche Gütor usw.) benötigt wird. Bei derartigen technischen Vorgängen Ist nicht nur die effektive Wärmeleitfähigkeit dor Schüttung, sondern auch dio Wärmeleitfähigkeit des Einzelpartikels der Schüttung gefragt.

Es sind verschiedene Lösungen zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Schüttgütern bekannt (DD 135767, DE 3108311).

Die Sonden enthalten eine Wärmequelle und ein oder mehrere Temperaturmeßstellen (moist Thermoelemente). Die Heizleistung und die Temperatur werden mit elektrischen Meßgeräten aufgenommen, wobei systematische Fehler nicht ausgeschlossen werden können. Aus dem zeitlichen Temperaturverlauf ist die Wärmeleitfähigkeit des Prüfstoffos (der Schüttung) zu ermitteln. Mit dieser Meßanordnung ist es jedoch nicht möglich, von dor Wärmeleitfähigkeit der Schüttung auf die Wärmeleitfähigkeit des Einzolpartikols der Schüttung zu schließen bzw. Messungen der Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität und Feuchte unter Ausschluß verfahrensbedingter systematischer Fehler durchzuführen.

In der Arbeit von Kerber, R. und Siems, W. „Wärmeleitung in Zwoi-Phason-Systemen fest/flüssig" (Cliemie-Ing.-Technik

40. Jahrg. 1968, Heft 23) wird die Wärmeleitung in Suspensionen untersucht und gute Übereinstimmung zwischen Modell und Experiment erzielt, sofern dio Einzelpartikel sehr klein sind. Auch DD 114145 geht von Suspensionen aus. Die gefundenen Ergebnisse sind auf die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit der Einzelpartikel einer Schüttung nicht übertragbar. Die Einzelpartikol einer Schüttung berühren sich mehrfach untereinander. An den Berührungsstellen werden „Wärmebrücken" wirksam, über die verstärkt und in unterschiedlicher Monge und Richtung Energie transportiert wird.

Aufgaboder Erfindung ist es, mit bereits bekannten Sonden zur Messung der Wärmeleitfähigkeit (DD 237548 und 237 550) die Wärmeleitfähigkeit des Einzelpartikels einer Schüttung zu ermitteln.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dio Wärmeleitfähigkeit dos mit einem ersten Füllstoff und des mit einem zweiten Füllstoff verfüllten Schüttgutes sowie der Füllstoffe selbst bestimmt und aus diesen Werten auf der Basis der Analogiobeziehungen zur Reihen- und/oder Parallelschaltung elektrischer Widerstände und unter Beachtung der Abhängigkeit dieser Analogiebeziehung auf die Schüttung vom Füllstoffantoil rr- die Wärmeleitfähigkeit des Einzelpartikels des Schüttgutes ermittelt wird.

λ_Μ: Wärmeleitfähigkeit des Füllstoffs 1,

λκπ: Wärmeleitfähigkeit der mit Füllstoff 1 verfüllten Schüttung,

\_F2; Wärmeleitfähigkeit des Füllstoffs 2,

λ_Κρ₂: Wärmeleitfähigkeit der mit Füllstoff 2 verfüllten Schüttung

ist die Wärmeleitfähigkoit des Einzelpartikels zu bestimmen über

λρι - λ_κρι - XfI + ÄKF2

wenn das Prüfgut als eine Anordnung von Reihenwiderständen Füllstoff-Feststoff bzw. über

J 1_

λκ,Ρ= ^η ™-

λ| 1 · λκΡ2 λρ} · λκρι

wonn das Prüfgut als eino Anordnung von Parallelwiderständon Füllstoff—Foststoff betrachtet werden darf, Es hat sich gezeigt, daß bosondors bei großen Warmoloitfähigkoitsdifforonzon zwischen Füllstoff und Feststoff eine Kombination beider Anordnungen angeraten ist, woboi dio jeweiligen Anteile übordon Füllstoffraumantoil Tf der jeweiligen Schüttung, der z.B.

oxporimontcll ormittolt wird, fostgolegt worden können.

Zur Messung wordon vior Bohältor gloichor Abmessungen wio folgt gofüllt; Im erclun Behälter befindet sich das Schüttgut, woboi die durch die Geometrie der Einzelpartikel bedingten Zwischenräume mit dem Raumanteil rn durch einen Füllstoff 1 (z, B.

Luft) gefüllt sind. Beim zweiten Bohältor wordon dioso Zwischenräume r_F2 = rp ι der Schüttung mit einem Füllstoff 2 (z. B. Paraffin) vergossen. Der dntte bzw. viorto Behälter enthält dio jeweils zum Vorfüllon dor Hohlräume im ersten und zweiten Behälter genutzten Füllstoffe 1 bzw. 2. Wird als ein Füllstoff Luft eingesetzt und wordon zur Kennzeichnung deren Wärmeleitfähigkeit tabellierto Worte vorwondot, so reduziert sich der Umfang der Meßanordnung auf drei Behälter.

In jedem der Behälter ist eine Wärmeloitfähigkeitsmoßsondo entsprechend DD 237 5Ί8 mit gemeinsamer Stromversorgung für die Heizdrähte angeordnet. Damit ermöglicht die vorliegende technische Lösung eine quasi zeitgleiche Meßwerterfassung T(lnr) bei absolut gleichon Randbedingungen. Die Abtastzeit für alle Moßsondon ist im Gegensatz zur Zykluszeit zwischen zwei Moßwe '.abtastungon sehr kurz. Die Zykluszeit ist am Stoffdatenmoßgorät einstellbar.

Des weiteren ist es mit dem Verfahren möglich, ein Prüfgut unmittelbar mit einem Etalon zu vergleichen. Dazu werden zwei Behältor mit einer Meßsonde benötigt, woboi sich in ein'fem Behältor das Prüfgut und in dem anderen das Etalon befinden. Die Messung erfolgt wieder für beide Stoffe unter absolut gleichon Meßbedingungon.

Das Stoffdatenmoßgorät erlaubt, die Konnlinien für die Aufhoiz- und Abkühlphase zu erfassen und die Berechnung sowohl der Wärmeleitfähigkeit der einzelnen Proben und dos Einzelpartikels, als auch dor Wärmekapazität und Feuchte der Schuttungen automatisch auszuführen.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher dargostollt. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1: oino Meßanordnung für dio Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit des Einzelpartikels einer Schüttung als Beispiel einer Drcisondonmossung

Fig.2: oino Meßanordnung für eino parallele Etaionmessung Fig. 3: das Zeitdiagramm der Meßsondenabtastung.

Zur Durchführung des Verfahrens wird eino gorätetechnische Anordnung verwendet, bestehend aus einem Stoffdatenmeßgerät SDMG mit einer Einchip-Mikrorochnor-Steuorung, drei Behältern, in denen sich die Proben befinden und drei Meßsonden m it den gleichon Kennwerten. Die drei Behälter haben die gleichen Abmessungen. Im ersten Behältor befindet sich das Originalschüttgut. Die durch die Geometrie des Einzelpartikels bedingten Zwischenräume sind mit Luft gefüllt. Im zweiten Behälter ist ebenfalls das Originalschüttgut eingebracht, aber dio Zwischenräume sind mit einem Füllstoff vergossen, Der dritte Behälter enthält den Füllstoff, mit dem die Zwischenräume im zweiten Behälter vergossen wurden. In das Zentrum der Behälter wird jeweils oino Meßsonde eingebracht, die von Wand und Boden dos Behälters einen ausreichenden großen Abstand haben soll, Diese Anordnung ist in Fig. 1 veranschaulicht. Fig. 2 zeigt die Meßanordnung für den Vorgleich eines Prüfstoffs mit einem Etalon. Die Kennwerte der Meßsonden und dio Bedingungen für den instationären Sondenmeßprozoß, wie z.B. Heizstrom, Zykluszeit Tz, getrennt für die Aufheiz- und Abkühlphase, u.a. werden in das Stoffdatenmeßgerät SDMG im Dialog eingegeben. Nach einer Temperaturausgleichsphaso wird die Messung gestartet und wordon dio Kennlinien für die drei Proben aufgenommen. Die Abtastung dor droi Meßsonden M_S) ...M_S3 erfolgt quasi zeitgloich, d. h. mit einer vornachlässigbaren Zeitdifferenz zwischen der Erfassung der drei Meßwerte. Die Abtastzeit τ_Α, sie schließt den Zugriff auf die drei Meßsonden ein, ist wesentlich kurzer als die Zykluszeit τ_ζ, so daß bereits in den Meßzyklen Berechnungen, die für den Meßprozeß notwendig sind, in Echtzeit ausgeführt werden können, vgl. Fig.3,

Anschließend an den Meßvorgang erfolgt automatisch die Berechnung der Wärmeleitfähigkeit des Einzelpartikels bezogen auf die Abweichungen zum parallel vormossonen Etalon.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit des Einzelpartikels einer Schüttung durch Messung der elektrischen Heizleistung und des zeitlichen Temperaturverlaufs einer von innen beheizten und in den Prüfstoff eingebetteten Sonde während einer zeitlich begrenzten Heiz- und Abkühlphase (ausgeschaltete Heizung), Errechnung der wirksamen Differenz der längenbezogenen Speicherkapazität zwischen der Sonde und dem Prüfstoff und danach uer Wärmeleitfähigkeit, gekennzeichnet dadurch, daß die Wärmeleitfähigkeit des mit einem ersten Füllstoff und des mit einem zweiten Füllstoff verfüllten Schüttgutes sowie der Füllstoffe selbst bestimmt und aus diesen Werten auf der Basis der Analogiebeziehungen zur Reihen- und/oder Parallelschaltung elektrischer Widerstände und unter Beachtung der Anwendung dieser Analogiebeziehung auf die Schüttung in Abhängigkeit vom Füllstoffanteil r_F die Wärmeleitfähigkeit des Einzelpartikels des 'Jcnihtgutes ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Messungen gleichzeitig in mehreren mit dem Schüttgut und/oder den Füllstoffen gefüllten Behältern durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Messungen in zylindrischen Behältern gleicher Abmessungen durchgeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als erster Füllstoff Luft und als zweiter Füllstoff ein Füllstoff mit bekannter Wärmeleitfähigkeit (Etalon) verwendet werden.