Способ определения среднемассовой температуры потока газа по сечению охлаждаемого канала

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯВОЙ ТЕМПЕРАТУРЪ ПОТОКАНИЮ ОХЛАЖДАЕМОГО КАНАЛА(57) Изобретение относратурным измерениям ибольшей точностью и ме СРЕДНЕ АЗА ПО ССО- ЕЧЕся к т е озволяет сьшей трудоем ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К А ВТОРСКОМ,/ СВИДЕТЕЛЬ(71) Институт физикпроблем энергетики(56) Авторское свидУ 1026022, кл. С 01Коротеев А.С. инизкотемпературнойка, 1969, с. 65. костью 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 канале2 по обе стороны заданного сечениятеплоизолируют участок канала 2вставкой, удерживаемой прокладками9. Изменяют режим охлаждения участкапропускаемой через патрубки 4 и 5средой до равенства температур стенки 1 и стенки 2 канала со стороныподвода к вставку потока газа, измеряемых соответственно термопарами 8 ии 10. Определяют температуру охлаждающей среды на входе во вставку ин би 7. а выходе из нее термопарамиил., КеЧислоВ =Ы/,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 МПа и стабилизированном турбулентном течении.Целью изобретения является повы- г 0 шение точности и снижение трудоемкости определения температуры.На чертеже изображен отрезок охлаждаемого канала с теплоиэолированным участком (вставкой) для осуществления способа определения средне- массовой температуры потока газа.Согласно предлагаемому способу измеряют массовый расход газа в канале, по обе стороны заданного сечения 20 теплоизолируют участок канала, измеряют режим его охлаждения до равенстватемператур стенки канала до и в пределах теплоизолированного участка, а искомую температуру определяют иэ уравнения Щ Ое(Т-Т )Т =13 84- --сК р(с/С 1)о,в искомая среднемассовая температура по сечению канала;температура стенки канала натеплоиэолированном участке;длина теплоизолированного 35участка;количество теплоты, отдаваемой потоком газа в стенку канала на теплоизалированном участке,массовый расход газа в канале,постоянные числа, определяемые родом газа в канале.45 Данное уравнение получено следующим образом.Для расчета местных коэффициентов теплоотдачи при турбулентном течении50 двухатомного газа в прямой гладкой трубе применяется формула число Нуссельта,число Рейнольдса,Нуссельта имеет выражениеиз которого получается где ос - коэффициент местной теплоотдачи,Ъ - коэффициент теплопроводности.Если в выражении (2) подставим выражение (1), то будем иметь 0,8 дд о,В ог, =0 019 - -Ке =0 019 (3) Ф Д 9,1 ф Ф(4) через массовый расход С газа иполучим где= 3,142 - постоянная величина.В формуле (5) отношение о /зави 0,8 си т от темпе ра турь 1 газа . Чтобы э то отношение выразить че р е э температуру по справочным данным о свойствах газов строились в логарифмических к оорди н а тах зсвис имос ти Я = 1 ( Т ) и 81 = Г ( Т ) для двухатомных газов, к оторые на графиках имели вид прямых линий . При наличии прямоли ней нь 1 х график ов оказалось возможным для указанных э а висимос тей найти выражение, н а- пример для воздуха(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 10при подстановке которого в (5) будемиметь(15) 150 ОВ Тщ С оВоС=О 023(КТ ) -- =0 023 К - (- - ) (9)Э Э д й Далее воспользуемся выражением с 1(10)25 где а - 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, умножимна площадь, которую имеет стенка канала в единице его длины 35 40 Так как выражения (11) и (12) равны,то можем написать 45 откуда после преобразования получим 50(Т-Т )Т =13,8 Ф --- д, - с ф К(0/с 1)д,в Величина с 1 применительно кизолированному участку каналаиметь выражение где е - 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 темпе- ратура 01 " ЙОе;ПК(па) Постоянные числа К и ш входят в уравнение из соотношения (8) и зависят от рода газа, Для воздуха до 2500 К эти числа имеют значения: К = 29,9, т = 0,283, а для азота до 4000 К - К = 31,7, ш = 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 и 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 2,полость 3, охватывающую стенку 1, патрубки 4 и 5 для подвода и отвода из полости 3 охлаждающей среды, термонары 6 и 7 для измерения темпераруры охлаждающей среды при подводе и отводе ее от вставки, термопару 8 для иэмерения 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 тепло- изолирующих прокладок 9. При течении в канале потока газаво вставку через патрубок 4 подается и через патрубок 5 отводится охлаждающая среда, которая воспринимает тепловые поте80343 6ного участка, д - внутренний диаметр ка.нала. Формула и з о б р е т е н и я 20 Яе (Т-Т,)т =13,84 ), - ,Ое = СеСе(с - е),где Т 25 Т ле;постоянные числа, определяемые родом газа в канале. 35К, ш Составитель Н.МакаровРедактор Т.Парфенова Техред И.Попович Корректор С,Черни Заказ 7048/40 Тираж 778 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, 11 роектная, 4 5 12 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 седы 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 температураохлаждающей среды на входе во вставку и температура Т 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 охлаждающейсреды,а затем из уравнения (15) вычислитьискомую температуру, которая входитв уравнения в неявном виде, Вычисление можно провести одним из численных методов, например методом Ньютона, с помощью ЭВМ. Найденная такимпутем искомая величина является среднемассовой температурой потока газав средней части термоизолированнойвставки,Оптимальные длины теплоизолированного участка лежат в пределах,выраженных соотношением С/д = 0,55,0, где 8 - длина теплоизолирован 5Способ определения среднемассовойтемпературы потока газа по сечениюохлаждаемого канала, включающий измерение массового расхода газа в ка нале, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности иснижения трудоемкости определения,по обе стороны сечения теплоизолируют участок канала, изменяют режим его 15 охлаждения до равенства температурстенки канала до и в пределах теплоизированного участка, а искомуютемпературу определяют из уравнения искомая среднемассовая температура по сечению канала,температура стенки каналана теплоизолированном участкедлина теплоизолированногоучастка;количество теплоты,отдаваемой потоком газа в стенкуканала на теплоизолированномучастке;массовый расход газа в кана