Способ определения среднемассовой температуры потока газа по сечению охлаждаемого канала

 

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 расходагаза 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (51) 4 G 01 К 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3887570/24-10 (22) 19.04.85 (46) 30.12.86. Бюл. )| - 48 (71) Институт физико-технических проблем энергетики АН ЛитССР (72) А.Б.Амбразявичюс, П.Ю.Валаткявичюс и А.И.Вилейшис (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1026022, кл. G 01 К 13/02, 1982.

Коротеев А.С. и др. Генераторы низкотемпературной плазмы. M.: Наука, 1969, с. 65. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕМАССОВОИ ТЕМПЕРАТУРЪ| ПОТОКА ГАЗА ПО СЕЧЕНИЮ ОХЛАЖДАЕМОГО КАНАЛА (57) 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 MIIa 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.

1280343

ca= N A о (2) (4) о,8

--.--=0 023---- x .О,g,о,8

4G 08

eL =0 О 19-- о („—;--) ц0, 12 р о,8

С х -- — I,r

d (5) где Т

40

О,г88 A = 3,00 10 Т (Ь = 0,565 10 Т откуда

"h о, 283

299Т „a,g (6) N< = 0,019Re (1) для азота

1l = 1,444 10 Т

Р = 0,21.10 6 Т076

55 где Nи, Re

Число

N =Ы/Ъ, откуда

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 MIIa и стабилизированном турбулентном течении.

Целью изобретения является повы- г0 шение точности и снижение трудоемкости определения температуры.

На чертеже изображен отрезок охлаждаемого канала с теплоизолированным участком (вставкой) для осуществления способа определения среднемассовой температуры потока газа.

Согласно предлагаемому способу измеряют массовый расход газа в канале, по обе стороны заданного сечения теплоизолируют учас.ток канала, измеряют режим его охлаждения до равенства температур стенки канала до и в пределах теплоизолированного участка, а искомую температуру определяют иэ уравнения

ill «е (Т-Т )Т =13 84- —K. t. (С/,ОО" искомая среднемассовая температура по сечению канала; температура стенки канала »а теплоиэолированном участке; длина теплоизолированного участка; количество теплоты, отдаваемой потоком газа в стенку канала на теплоизалированном участке, массовый расход газа в канале, постоянные числа, определяемые родом газа в канале.

Данное уравнение получено следующим образом.

Для расчета местных коэффициентов теплоотдачи при турбулентном течении

50 двухатомного газа в прямой гладкой трубе применяется формула число Нуссельта, число Рейнольдса.

Нуссельта имеет выражение из которого получается где oL — коэффициент местной теплоотдачи, A — коэффициент теплопроводности.

Если в выражении (2) подставим выражение (1), то будем иметь

0,8 о,,1 оВ

86 =0 019 — -Re =О 019---(----) (3) l Д 9,1 Ф откуда о, 8 о, 8 ) р ог = 0,019 о,g од

fU о где Re = (дс1/4, И вЂ” скорость потока rasa; =Pjp — кинетическая вязкость; — динамическая вязкость; (3 — плотность газа.

Выразим скорость Ю в выражении (4) через массовый расход С газа и получим где = 3,142 — постоянная величина.

В формуле (5) отношение Я /8з зави0,8 си т от температуры газа . Чтобы э то отношение выра э ит ь че р е э температуру по справочным данным о свойствах газов строились в логарифмических к оорди н а тах завис имос ти 9 = f (T ) и

f (T ) для двухатомных газов, к оторые на графиках имели вид прямых линий . При наличии прямолинейных график ов оказалось возможным для указанных э а висимос тей найти выражение, н апример для воздуха 280343 4

% 0,283 — 31,7 Т „0 8 (7) Из соотношений (6) и (7), видно, что температура имеет множитель и дробный показатель степени. Обозначим множитель и показатель степени соответственно буквами К и ш и получим общее соотношение

10 (8) 9 ,0,8

КТ

Яе

Х -- — Я вЂ” О,—

К1(С/а)0 при подстановке которого в (5) будем иметь (15) !

G 4 T G 0

oL =0 023 (КТ ) - — g =0 023К вЂ” -- (- — ) (9)

Ъ 4, э d d

Далее воспользуемся выражением q

= (т-Т ) для закона Ньютона-Рихмана 20 с и напишем, Я (T тс) (10)

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

Формулы (9) и (10) выражают коэф- 30 фициент теплоотдачи на единицу площади. Чтобы перейти к коэффициенту теплоотдачи на единицу длины канала, умножим на площадь, которую имеет стенка канала в единице его длины 35 (12) 40

Так как выражения (11) и (12) равны, то можем написать

45 откуда после преобразования получим

50 (13) тепло55

Яе а n d l (14) Лба

0 Рd = — --0

= (тт,) т G 08

= u d<= ii d0 023K--.-- (---) е

7 da T G 06 — = TidO 023К- — -(— -) (т-т ) d d (Т-T )Т =13,84".— — - -— с К(С/d)

Величина q применительно к изолированному участку канала иметь выражение где Q — количество теплоты, отдаваемое потоком газа в стенку канала на длине с теплоизолированного участка в единицу времени.

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

Dl l dOe (Т вЂ” Т )Т =13 84----- —;-- — (щ- = 13 84»

", d1К(С/а) Постоянные числа К и m входят в уравнение из соотношения (8) и зависят от рода газа. Для воздуха до 2500 К эти числа имеют значения: К = 29,9, m = 0,283, а для азота до 4000 К—

К = 31,7, m = 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 9, и а определяющие свойства газа, в уравнение не входят, однако их влияние учитывается в искомой температуре, которая из уравнения может быть вычислена одним иэ численных методов.

Отрезок охлаждаемого канала содержит стенку 1, образующую продолжение канала 2 на длине У,полость

3, охватывающую стенку 1, патрубки 4 и 5 для подвода и отвода из полости

3 охлаждающей среды, термолары 6 и

7 для измерения темпераруры охлаждающей среды при подводе и отводе ее от вставки, термопару 8 для иэмере ния температуры стенки 1, термоиэолирующие прокладки 9 и термопару

10 для измерения температуры стенки канала 2 со стороны подвода к вставке потока газа.

Способ осуществляется следующим образом.

Теплоизолированная вставка помещается в промежуток в канале 2, где удерживается посредством теплоизолирующих прокладок 9. При течении в канале потока rasa âî вставку через патрубок 4 подается и через патрубок 5 отводится охлаждающая среда, которая воспринимает тепловые поте80343 6 ного участка, d — внутренний диаметр ка.нала. формула изобретения

20 Яе (Т-Т,)т =13,84 (),—, Ое = СеСе(— t г), где Т

25 Т ле; постоянные числа, определяемые родом газа н канале.

К, m

Составитель Н.Макаров

Редактор Т.Парфенова Техред И.Попович Корректор С.Черни

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, 11роектная, 4

5 17, ри потока газа во вставке. Термопарой 8 измеряется температура стенки

1, а термопарой 10 — температура стенки канала 2 со стороны подвода вставке потока газа. При этом подача охлаждающей с едьг регулируется так, чтобы температуры, измеряемые термопарами 8 и 10, были бы приблизительно одинаковыми. После этого определяется расход Се охлаждающей среды через вставку и термопарами б 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. 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 среднемассовой температурой потока газа в средней части термоизолированной вставки.

Оптимальные длины теплоизолированного участка лежат в пределах, выраженных соотношением С/d = 0,5

5,0, где г, — длина теплоизолирован5

Способ определения среднемассовой температуры потока газа по сечению охлаждаемого канала, включающий измерение массового расхода газа н каfp 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 н пределах теплоизированного участка, а искомую температуру определяют из уравнения искомая среднемассоная температура по сечению канала; температура стенки канала на теплоизолированном участKP. длина теплоизолированного участка; количество теплоты,отдаваемой потоком газа и стенку канала на теплоизолированном участке; массовый расход газа н кана