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

Результаты исследований теплообменных преобразователей для измерения расхода позволяют сделать следующий вывод' рациональ­ ной областью применения теплообменных преобразователей являют­ ся потоки со средними скоростями —

при которых преобразователи показывают оптимальную чувствитель­ ность. При этом нижний предел скоростей измеряемых потоков прак­ тически неограничен. Конечно, теплообменные преобразователи мо­ гут быть применены и при wcp > 1,6 м/сек, однако, для обеспечения достаточной чувствительности необходимо значительно увеличить мощность нагрева Рн, кроме того, при больших скоростях потоков целесообразнее использовать другие методы измерения.

Для обеспечения условия (12) диаметр трубы преобразователей следует выбрать по формуле

Условие (14) охватывает ламинарные и турбулентные режимы дви­ жения потоков, при этом данные расчета коэффициента теплоотдачи а более надежны. По результатам расчетов по формуле (13) составлена номэграмма (рис. 9) для выбора оптимального d при заданном рас­ ходе жидкости.

Расчет теплообменных измерительных преобразователей трубчатого типа. На основании физической модели (см. рис. 8) для общего слу­ чая зависимость между расходом G через приемный преобразователь и разностью температур Д t без учета перетечек тепла по стенке трубы

G = Ср ■) At) ’

где q(x) — удельный тепловой поток, заданный в виде функции от х\

nd^q(x)dx— общее количество тепла, передаваемое потоку;

. f(At) — разность средних температур в измеряемых сечениях по­ тока, заданная в виде функции от измеряемой разности температур.

Выражение (15) пригодно для расчета калориметрических преоб­ разователей, у которых измеряемая разность температур или темпе­ ратура однозначно отображают приращение теплосодержания потока.

36

Это позволяет существенно упростить анализ процессов теплооб­ мена в данных преобразователях.

В преобразователях теплового пограничного слоя и термоанемометрического типа изменение параметров измеряемого потока при-

Рис. 9. Номограмма для определения оптимального диа­ метра трубки преобразователя в зависимости от расхо­ дов жидкости.

водит к существенным изменениям целого ряда вторичных явлений, определяющих протекание самого процесса теплообмена.

По условиям (3), (4), (5) вычисляется величина /вх, которая обес­

баланса дтя элемента стенки трубы и элемента измеряемой среды.

Ввид» сложности аналитического решения поставленной задачи последующее решение производится с учетом следующих допущений:

1)течение потока и его свойства постоянны; теплообмен стацио­ нарен;

2)теплота трения и передача тепла за счет теплопроводности в осе­ вом направлении потока отсутствуют;

3)температура и скорость во входном сечении имеют постоянное распределение;

4)температурный градиент в радиальном направлении стенки тру­ бы отсутствует;

5)тепло, отданное нагретой стенкой потоку, пропорционально сред­

нему коэффициенту теплоотдачи а, который считается заданным

ипостоянным по длине участка нагрева;

6)потери тепла в окружающую среду отсутствуют;

7)обеспечено условие q(x) = const на стенке струбы в зоне нагрева. В соответствии с физической моделью преобразователя, приведен­

ной на рис. 8, некоторая часть тепла передается потоку непосредствен­ но на рассматриваемом элементарном участке (Р0), другая часть (Рх) проходит по стенке трубопровода в осевом направлении и, постепен­ но убывая, также будет передаваться движущемуся потоку. Поскольку тепловое сопротивление стенки в направлении нормали будет на­ много меньше, чем в осевом направлении, то для объема элементарного кольца стенки условие теплового баланса имеет вид

где q(x)dx — количество тепла, выделенного нагревателем на длине dx;

38

Частное решение уравнения будет определяться характером без­ размерной функции д*(х). Поскольку тепловой поток нагревателя на единицу его длины может быть принят постоянным, а за пределами нагревателя значения q*(x) = 0, то для различных х общее решение

при достаточном удалении от концов нагревателя температура стенки изменяется линейно от X, что подтверждается результами исследо­ ваний [15, 17]. Окончательно для измеряемой разности температур с помощью термочувствительных элементов (типа дифференциальных многоспайных термопар) получаем:

40