Способ определения среднемассовой температуры потока газа по сечению охлаждаемого канала Советский патент 1986 года по МПК G01K13/02 

Изобретение относится к температурным измерениям и предназначено для определения среднемассовой температуры потока двухатомного газа, например воздуха с температурой до 2500 и азота до 4000 К в данном сечении глакого охлаждаемого канала при 0,1-1,0 МПа и стабилизированном турбулентном течении.

Целью изобретения является новы- шение точности и снижение трудоем- кости определения температуры.

На чертеже изображен отрезок охлаждаемого канала с теплоизолированным участком (вставкой) для осуще- ствления способа определения средне массовой температуры потока газа.

Согласно предлагаемому способу имеряют массовый расход газа в канал по обе стороны заданного сечения теплоизолируют участок канала, изменяют режим его охлаждения до равенства температур стенки канала до и в пределах теплоизолированного участка, а искомую температуру определяют из уравнения

(Т-Т ) , дртв-

де Т - искомая среднемассовая температура по сечению канала;

Tg - температура стенки канала на теплоизолированном участке;

- длина теплоизолированного 5 участка;

Qg - количество теплоты, отдаваемой потоком газа в стенку

канала на теплоизолирован40

ном участке;

G - массовый расход газа в канале ;

К,т - постоянные числа, определяемые родом газа в канале.

45

Данное уравнение получено следующим образом.

Для расчета местных коэффициентов теплоотдачи при турбулентном течении двухатомного газа в прямой гладкой трубе применяется формула

N 0,019Re

o,g

(1)

где Nj, - число Нуссельта,

Re - число Рейнольдса. Число Нуссельта имеет выражение N 5t,d/ A, из которого получается

N.-3(2)

где об - коэффициент местной теплоотдачи,

Л - коэффициент теплопроводности. Если в выражении (2) подставим выражение (1), то будем иметь

Л 0,8 а cod 0,8 , 0,(-%2-) ,(3) d ff

откуда

0.019--0.3U)° %° «

,0,7

(4)

где Re cod/ ,

Q - скорость потока газа; -)-р/р- кинетическая вязкость; |U - динамическая вязкость; р - плотность газа. Выразим скорость О) в выражении (4) через массовый расход (, газа и получим

„о, в 0,019-,(.f--)° -J,0,023--V х.0.8

30

X

(5)

3,142 - постоянная величина.

В формуле (5) отношение Я//ZJ зависит от температуры газа. Чтобы это отношение выразить через температуру по справочным данным о свойствах газов строились в логарифмических координатах зависимости 51 f(T) и 111 f(T) для двухатомных газов, которые на графиках имели вид прямых линий. При наличии прямолинейных графиков оказалось возможным для указанных зависимостей найти выражение, например для воздуха

г з,оо.10- т ,

К о,565-10 4° ,

откуда

f

0,8

29,9 Т

0,283

(6)

ДЛЯ азота

-J 1,444-10- , U 0,21 ,

откуда

(

0,9

31,7 Т

0,283

Из соотношен 1Й (6) и (7), видно, что температура имеет множитель и дробный показатель степени. Обозначим множитель и показатель степени соответственно буквами Киши получим общее соотношение

КТ

т

при подстановке которого в (5) будем иметь

,0,8

,m

G 08

,023(KT ),023K-i-() (9)

Далее воспользуемся выражением q ui(T-T,) для закона Ньютона-Рихмана

и напишем

oi

(Т-Тр)

где q - количество теплоты, отдаваемое потоком газа в стенку канала на единицу его площади в единице времени.

Формулы (9) и (10) выражают коэф- фициент теплоотдачи на единицу площади. Чтобы перейти к коэффициенту теплоотдачи на единицу длины канала, умножим tf, на площадь, которую имеет стенка канала в единице его длины

- ,,.щ.т /

alp irde, n-dO,023K-i-(-- а d

Так как выражения то можем написать

(11)

-1йа-.гп

G °.8

,023K- --(-5-)

откуда после преобразования получим (Т-Т),,- (13)

Величина q применительно к теплоизолированному участку канала может иметь выражение

-Q

TTdl

803434

где Qg - количество теплоты, отдаваемое потоком газа в стенку канала на длине Е теплоизолированного участка в единицу времени.

При подстановке формулы (14) в формулу (13) получим уравнение, из которого вычисляется искомая температура

10

(8)

(T-T,),84-;c g 5 13,84.

V Qe KUG/d)

(15)

15

)

20

)

25

30

35

Постоянные числа Кит входят в уравнение из соотношения (В) и зависят от рода газа. Для воздуха до 2500 К зти числа имеют значения: К 29,9, m 0,283, а для азота до 4000 К - К 31,7, га 0,283. Округлять указанные значения не следует.

Найденное уравнение (15) основывается на закономерности местной теплоотдачи потока газа в гладком,охлаждаемом канале при стабилизированном турбулентном течении недиссоциированного двуатомного газа, выраженной формулой (1). Величины и р , определяющие свойства газа, в уравнение не входят, однако их влияние учитывается в искомой температуре, которая из уравнения может быть вычислена одним из численных методов.

Отрезок охлаждаемого канала содержит стенку 1, образующую продолжение канала 2 на длине 2,полость 3, охватывающую стенку 1, патрубки 4 и 5 для подвода и отвода из полости 3 охлаждающей среды, термопары 6 и 7 для измерения темпераруры охлаждающей среды при подводе и отводе ее от вставки, термопару 8 для измере- (ния температуры стенки 1, термоизолирующие прокладки 9 и термопару 10 для измерения температуры стенки канала 2 со стороны подвода к вставке потока газа.

40

45

Способ осуществляется следующим образом.

Теплоизолированная вставка помещается в промежуток в канале 2, где удерживается посредством тепло- -- изолирующих прокладок 9. При течении в канале потока газа во вставку через патрубок 4 подается и через патрубок 5 отводится охлаждающая среда, которая воспринимает тепловые поте50

ри потока газа во вставке. Термопарой 8 измеряется температура стенк-и 1, а термопарой 10 - температура стенки канала 2 со стороны подвода вставке потока газа. При этом подача охлаждающей среды регулируется так, чтобы температуры, измеряемые термопарами 8 и 10, были бы приблизительно одинаковыми. После этого оп ределяётся расход Ge охлаждающей ере ды через вставку и термопарами 6 и 7 измеряются температура t, охлаждающей среды на входе во вставку и температура t на выходе из нее, а так-. же измеряются расход газа в канале. По измеренным величинам вначале удобнее найти теплоту, которую теряет поток газа во вставке

-

Qe CeGeCtj-t,),

где Се - теплоемкость охлаждающей

. среды,

а затем из уравнения (15) вычислить искомую температуру, которая входит в уравнения в неявном виде. Вычисление можно провести одним из числен- ных методов, например методом Ньютона, с помощью ЭВМ. Найденная таким путем искомая величина является сренемассовой температурой потока газа в средней части термоизолированной вставки.

Оптимальные длины теплоизолированного участка лежат в пределах, выраженных соотношением C/d 0,5 - .5,0, где Е - длина теплоизолирован

Составитель Н.Макаров Редактор Т.Парфенова Техред И,Попович Корректор С.Черни

----.«.-..., ... - - - . - - - - - в. -

Заказ 7048/40 Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

436

ного участка,d - внутренний диаметр канала.

Формулаизобретения

Способ определения среднемассовой температуры потока газа по сечению охлаждаемого канала, включающий измерение массового расхода газа в ка- fO нале, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и снижения трудоемкости определения, по обе стороны сечения теплоизолируют участок канала, изменяют режим его f5 охлаждения до равенства температур стенки канала до и в пределах теп- лоизированного участка, а искомую температуру определяют из уравнения

Qe.

(Т-Т,),84--,,

5 К, m

где Т 5 Т

е.

0 Qe

G искомая среднемассовая температура по сечению канала; температура стенки канала на теплоизолированном участке;

длина теплоизолированного участка;

количество теплоты,отдаваемой потоком газа в стенку канала на теплоизолированном участке;

массовый расход газа в канале;

постоянные числа, определяемые родом газа в канале.

Изобретение относится к температурным измерениям и позволяет с большей точностью и меньшей трудоемкостью определять среднемассовую температуру потока двухатомного недиссоциированного газа, например воздуха, в данном сечении гладкого охлаждаемого канала при 0,1-1,0 МПа и стабилизированном турбулентном течении. При измерении расхода- газа в канале 2 по обе стороны заданного сечения теплоизолируют участок канала 2 вставкой, удерживаемой прокладками 9. Изменяют режим охлаждения участка пропускаемой через патрубки 4 и 5 средой до равенства температур стенки 1 и стенки 2 канала со стороны подвода к вставку потока газа, измеряемых соответственно термопарами 8 и и 10. Определяют температуру охлаждающей среды на входе во вставку и на выходе из нее термопарами 6 и 7. 1 ил. (Л