Файл: Бошняк, Л. Л. Измерения при теплотехнических исследованиях.pdf

лд? Ро’ср

4 2

вующая на шар со стороны жидкости, d — диаметр шара)

Средняя удельная плотность энергии в звуковой волне длиной К, следовательно, будет равна

характер распространения звука существенно влияет температура

В качестве излучателей и приемников ультразвуковых колеба­ ний используются пластинки из пьезоэлектрических кристаллов. Их упругие свойства таковы, что позволяют делать пластинки, обладающие очень высокими собственными частотами колебаний — вплоть до десятков мегагерц. При совпадении частот внешнего

происходят за счет отражения от внутренней и наружной поверх­ ностей

пути светового потока в материале призмы или линзы. Существуют различные типы фотоэлементов: вакуумные и газонаполненные фотоэлементы с внешним фотоэффектом, фотосопротивления, вен­ тильные фотоэлементы и фотоумножители. Характеристики фото­ элементов достаточно полно представлены в [127] и в [3].

Источниками у-, (3- и a -излучений обычно служат искусственные радиоактивные вещества. Подбор используемого вещества произ­ водится в зависимости от степени поглощения данного вида излу­ чения. Для (3-излучения и других заряженных частиц некоторая толщина материала полностью поглощает данное излучение и опре­ деляет максимальный пробег частиц. При прохождении у-лучей через вещество их ослабление происходит по экспоненциальному закону, определяемому свойствами вещества. Наиболее распро­ страненными типами приемников жесткого излучения являются ионизационные камеры, пропорциональные счетчики, счетчики Гей­ гера-Мюллера, сцинтилляционные и кристаллические счетчики. В первых трех типах приемников измеряется интенсивность иони­ зации, возникающей в результате действия а-, (3- и у-лучей в неко­ тором разрядном промежутке, к которому приложено напряжение. Сцинтилляционные счетчики используют явление люминесценции кристаллов некоторых веществ под воздействием облучения; вторич­ ный световой поток обычно воспринимается высокочувствительным фотоэлементом. Для регистрации у-частиц применяется активиро­ ванный серебром или медью сернистый цинк; для (3- и а-лучей ис­ пользуются кристаллы натрия, иода, теллура.

Принцип действия кристаллического счетчика основан на явле­ нии проводимости кристалла, возникающей в результате взаимо­ действия пролетающей частицы с электронами кристаллов ТеС1, КС1, NaCl, AgBr, ТеВг, алмаза и др. При регистрации у-излучения эффективность кристаллических счетчиков может достигать 1 0 0 %.

Тепловые системы. Измерительные преобразователи этого типа включают в себя элементы, в которых происходит передача тепла от более нагретых тел к менее нагретым. В процессе теплообмена различают три основных вида передачи тепла: теплопроводность, теплообмен путем конвекции и тепловое излучение. Интенсивность теплообмена определяется величиной удельного теплового потока q, под которым понимается количество тепла, проходящее в единицу времени через единицу площади поверхности тела.

С помощью одной лишь теплопроводности тепло передается только через твердые непрозрачные тела. Тепловой поток, прошедший через

117

стенку толщиной 6 и площадью 5 в единицу времени от горячей поверхности с температурой Т г к холодной поверхности с темпера­ турой Т 2, определяется по формуле

Q = ± S ( T 1- T 2),

откуда удельный тепловой поток равен:

где X — коэффициент теплопроводности. Величина X различна для разных веществ и тел и для каждого из них зависит от температуры,

различного рода теплоизоляционных материалов (кирпич, дерево, шлаковая вата и т. д.) X = (0 ,0 2 -9- 2 ,8 ) Дж/м с-К. Для металлов X = (2,3-^420) Дж/м с-К и с ростом Т обычно убывает.

Теплообмен путем конвекции имеет место при передаче тепла через жидкости и газы, а также при передаче тепла от жидкости или газа к поверхности твердого тела или, наоборот, от твердой поверх­ ности к жидкости или газу. Теплообмен путем конвекции всегда сопровождается теплообменом посредством теплопроводности. При конвективном теплообмене перенос тепла неразрывно связан с пере­ носом частиц движущейся жидкости или газа, поэтому конвектив­ ный теплообмен представляет собой очень сложный процесс, завися­ щий от большого числа различных факторов. Удельный конвек­ тивный тепловой поток определяется как

<7 = «к (Т т— Т и)

где Тг — характерная температура газа; Тп — температура поверх­ ности твердого тела; а к — коэффициент конвективной теплоотдачи. Наибольшие трудности в расчете тепловых потоков при конвектив­

Связь между критериями подобия в наиболее общем случае стационарной теплопередачи представляется в виде

где Nu = ак1/Х — число Нуссельта; Рг — число Прандтля; Gr — число Грасгофа; I — характерный размер; X — коэффициент тепло­ проводности среды; индексы «г» и «п» означают, что соответствую­ щие числа Рг вычисляются по значениям физических параметров среды при температурах Тт и Тп. Здесь число Ргг характеризует

118

среды, т. е. при направлении теплового потока от поверхности к среде, интенсивность теплового потока выше, чем при обратном направлении теплового потока. Кроме того, интенсивность тепло­ обмена зависит также от температурного напора Тг—Т„. Эти за­ висимости обусловливаются различием полей температур и вязкости в пограничном слое и толщины самого пограничного слоя при нагре­ вании и охлаждении потока и учитывается отношением Ргг/Ргп.

При развитом турбулентном течении свободная конвекция по­ давляется турбулентным перемешиванием и число Gr исключается из, рассмотрения; тогда

где постоянные величины а, т, п и г определяются опытным путем (см., например, [8 6 ]).

Электромагнитные колебания, способные переносить тепловую энергию, обычно называют тепловыми, а процесс их распростране­ ния — тепловым излучением или лучеиспусканием. Всякое тело, имеющее температуру, всегда излучает энергию. При попадании на другие тела эта энергия частью поглощается и снова превращается в тепловую, частью отражается, частью проходит сквозь тела. Отраженная и прошедшая сквозь тело энергия в конце концов поглощается другими (окружающими) телами. Следовательно, каж­ дое тело не только непрерывно излучает, но и непрерывно поглощает энергию.

В инженерных расчетах обычно требуется рассчитать лучистый теплообмен между телами, для которых известны качества поверх­ ности, размеры и температура. По этим данным энергия излучения обоих тел всегда может быть определена на основании закона Сте­ фана—Больцмана. Так как количество тепла, отдаваемого телом, есть разность между количеством излучаемой и количеством погло­ щаемой телом лучистой энергии, расчетная формула для лучистого теплообмена между двумя параллельными плоскостями имеет вид

119