Файл: Азимов, Р. К. Теплообменные измерительные преобразователи.pdf

шагом 0,3—0,7 мм. Нагреватель имел отпайки, с помощью которых можно ступенчато изменять его длину.

Экспериментальный участок теплоизолировался шнуровым асбес­ том и помещался в винипластовый кожух. Экспериментальный учас­ ток располагался как вертикально, так и горизонтально, при этомизмеряли следующие величины:

1)электрическую мощность нагревателя на экспериментальном участке;

2)температуру стенки трубы до и после нагревателя;

3)расход жидкости объемным методом по времени заполнения мер­

Распределение температур было исследовано при следующих режимах: w = 0,0197 — 1,18 Ai/'сек,

Ра = 5 — 80 впг,

/„ = Ы, 3d, Ы, 10d, \bd, 24d.

Все измерения проводились при установившихся гидродинами­ ческих и тепловых режимах. Участок гидродинамической стабилиза­ ции перед нагревателем был равен 30 d. На основании полученных результатов на рис. 6 построен график распределения температуры стенки по длине приемного преобразователя для газа. Аналоги1 но исследовано распределение температур преобразователей и для жидки., металлов (рис. 7) [5]. При этом экспериментальный участок для жид­ кого металла (ртути) изготовлен в виде трубы с внутренним, диаметром 15 мм и толщиной стенки 3 мм из стали 1 х 18Н9Т.

31.

скорости потока w. Аналогичные результаты измерении /вых = f{w) получены в работах [15, 17].

Рис. 6. Графики распределения температур по стенке трубки (d = 6 мм) преобразователя на газе (воздухе) при расходах: G[ = .460 л/час,G2 = 740 л/час, G3 = 1020 л/час.

Графики распределения температур имеют несимметричный ха­ рактер, а именно, точки, расположенные на одинаковых расстояни­ ях, находятся на различных изотермических линиях.

Для проектирования преобразователей важно определить нахож­ дение термочувствительных элементов. Для получения выходного сигнала наибольшей величины достаточного даже при больших ско­

32

В этих условиях градуировочная характеристика может быть оп­ ределена из уравнения (71) главы I.

Однако в общем случае при значительных толщинах стенки и теп­ лопроводности метериала трубы преобразователя могут иметь место перетечки тепла по стенке трубы, что оказывает существенное вли­ яние на величину /вх и /вых.

Для газов (Рг ^ 0,8) на основании экспериментальных исследова­ ний найдено для технически распространенных труб с отношением тол-

ношении bid > 0,2 величина /вх должна быть увеличена до (8 -н 10)d,

при b i d < 0,2. При отношениях b i d > 0,2 величина /вх должна быть увеличена до (4—5) d .

Формулы теплообмена (25) -f- (36), рекомендуемые для расчета ) теплообменных преобразователей оказываются справедливыми толь­ ко для сравнительно больших длин участков нагрева со стабилизиро­ ванным теплообменом. Однако габариты преобразователей очень часто ограничены технологическими условиями и длина зоны нагрева должна быть минимальной. Поэтому важно для проектирования теп­ лообменных преобразователей определить минимальную длину нагре­ вателя, при которой сохранялась бы возможность использования указанных формул и оптимальная чувствительность приемных преоб­ разователей. Такой минимальной длиной является участок стабили­ зации профиля температуры по сечению потока на участке нагревателя. У обычных жидкостей и газов из-за невысокой теплопроводности градиент температуры изменяется главным образом в ламинарном пограничном слое и поэтому коэффициент теплоотдачи а определяет­ ся перепадом температуры в ламинарном пограничном слое. С ростом средней скорости потока толщина ламинарного пограничного слоя уменьшается, следовательно, уменьшается длина участка, на котором происходит полная стабилизация профиля температур, так как прогрев жидкости до центра происходит на меньшем удалении от начала обог­ рева. Поэтому для обычных жидкостей и газов длина участка тепло­ вой стабилизации уменьшается с ростом средней скорости в интер­ вале чисел Пекле 103 < Ре < 107 1171. Зависимость длины участка тепловой стабилизации (/стаб) от толщины и теплопроводности стенки

при b/d = 0,1—0,5 не существенна.

У жидких металлов, в отличие от обычных жидкостей, благодаря высокой теплопроводности, градиент температуры достаточно плавно измеряется по диаметру трубы, и поэтому коэффициент теплоотдачи а определяется профилем температуры по всему сечению трубы. С рос­ том средней скорости потока увеличивается, естественно, длина участ­ ка, на котором осуществляется полная стабилизация профиля темпера­ тур, так как прогрев жидкости до центра потока происходит на боль­ шем удалении от начала обогрева. Поэтому для жидких металлов длина участка тепловой стабилизации увеличивается с ростом средней скорости потока в интервале чисел Пекле 10 < Ре < 3 • 103.

Как следует из графика на рис. 6, 7, за зоной нагрева профиль тем­ пературы по сечению потока при отсутствии теплообмена с окружаю­ щей средой (q(x) = 0) стремится выравниться. При полном выравни­ вании профиля температуры по сечению потока температуру стенки практически можно приравнять к средней температуре потока в рас­ сматриваемом сечении. Этими обстоятельствами, главным образом, объясняется характер распределения температур стенки трубы при­ емного преобразователя (рис. 6, 7).

На участках, меньших /вх и /Вых, температура стенки не равна сред­ ней температуре потока из-за наличия профиля температуры по сече­ нию потока. На величину /вх и /вых, как указывалось выше, могут вли­ ять и осевые перетечки тепла по стенке и его потоку жидкости. Темпе­ ратура стенки и средняя температура потока становятся одинаковыми только на расстояниях, равных и больших /вх и /вых.

34

На основании результатов экспериментальных исследований распределения температур составлена принципиальная схема и физиче­ ская модель (рис. 8) трубчатого теплообменного преобразователя, которая принята за основу расчета.

Для определения рекомендуемой длины нагревателя /н восполь­ зуемся результатами определения длины участков стабилизации профилей температур на участке нагрева трубы при равномерном под­ воде тепла (q(x) = const). Результаты наших исследований и дан­ ные работы [17] в виде зависимости относительной длины стабилиза­ ции профиля температур /CTa6/d от числа Ре математически обработа­ ны и получены уравнения:

в диапазоне чисел 10 < Ре < 3000. Очевидно, рекомендуемыми дли­ нами нагревателей для трубчатых теплообменных преобразователей будут выражения:

где величины Pemin и Ретах соответствуют минимальному и максималь­ ному значению измеряемого расхода Gmin и Gmax, т. е. началу и концу шкалы прибора.

А

-о о-

&Е

Рис. 8. Принципиальная схема и физическая модель тепло­ обменного измерительного преобразователя трубчатого типа.

Выбор длины нагревателей по условиям (9), (10), (11) обеспечива­ ет возможность применения расчетных зависимостей (25)-=- (32) и ус­ ловия q(x) = const. В случае, если q(x) ф const (неравномерный теп­ ловой поток нагревателя), то, как указывалось выше, формулы (25) -д- (32) главы 1 не применимы и решение задачи значительно усложняется.