Теория тепломассообмена Э.Р. Эккерт Р.М. Дрейк под ред. Лыкова (1013696), страница 79
Текст из файла (страница 79)
Теперь определяем значения приведенной степени черноты системы: 0,8 0,0176 = 0,0140 и 0,8.0,0481 = 0,0385. Отсюда тепловой поток, обусловленный излучением водяного пара, оно=496'10 ''00!40(980+273)4 496'10 з'00385(315+273)* = = 1486,7 ккал)м'ч. Таким образом, общий тепловой поток, обусловленный излучением газа, будет следуюпгнй: 5%0 + 1486,7 = 7086,7 ннал(м'ч и коэффициент лучистого теплообмена газов 7086,7 чг.а 980 — 315 10,6 ккал)ч м'град. Коэффициент конвективного теплообмена рассчитывается при помощи формулы (9-28) и данных табл. 9-3; ч = 39,7 акал/м'ч град. Таким образом, общий коэффициент теплообмена для поверхности, омываемой газами при температуре 980' С, равен: а„=10,6+ 39,7=50,3 ккал/мз ч град.
Значения для других температур определяются при помощи графика, изображенного на рис. 14-16. Сравнение значений а, со вначвниями аь по ла~ннььм графика, изображенного на рнс. 14-16, ~показывает, что только прн очень малой величине отношения з/д (расстояния между трубами к диаметру труб) и температуре газа меньше 980' С поверхность, омываемая газами, обладает более высокими значениями коэффициента теплообмена, чем облучаемая поверхность. Поэтому, если позволяют другие условия (например, трудность разжигания и др.), всю внутреннюю поверхность топки выгодно выкладывать трубами охлаждения, находящимися на небольшом расстоянии друг от друга. 518 144.
ПОГРЕШНОСТЬ, ОВУСЛОВЛЕННАЯ ИЗЛУЧЕНИЕМ ПРИ ИЗМЕРЕНИЯХ ТЕМПЕРАТУРЫ Измерения температуры ~в твердых телах или жидкостях,при помощи вводимого зонда (термометра, термопа~ры и т. п.) подвержены систематическим погрешностям, и в ~каждом случае нунсио определить величину этих погреш~настей, Соответствующие расчеты, ап1ределяющие погрвшности вслвдсгвие теплопровадности, описаны в $ 3-4. Тепловмкость термомегра вызывает ошибку, когда температура изменяепся со временем (см. $ 4-,1). Когда измеряется температура газа, может появиться дополнительная ошибка благодаря тому, что термометр обменивается лучистым теплом с окружающими твердыми по~верхнастями, температура которых отличается от температуры та~за. Такая погрешность, вызванная излучением, и будет рассмотрена в данном разделе. Представим себе, что термометр помещен в ~неиэлучающий газ,с температурой 1е в замкнутом пространстве, стенки ~котарото имеют температуру 1„.
Баланс между теплом, перемещенным на единицу площади поверхности от газа к термометру ~коивекцией и от термометра к стенкам излучением, дает: а, (1 — 1,) = е, (1, — 1„), где 1, — температура термометра; а, — коэффициент конвективного теплообмена; а, — коэффициент лучистого теплообмена. Второй коэффициент получаем из уравнения (14-38), которое упрощается: а,=е а)(Т„Т ), где е, — излучательная способность поверхности термометра, так как поверхность термометра мала по сравнению с поверхностью стенок и угловой коэффициент термометра по отношению к стенке равен 1. Относительная погрешность Е определяется следующим образом: Е— (14-39) — 1+а /е Если, пап~ример, тем1пература воздуха измеряется,,ргут- ным термометрам в нагретой комнате со стенка~ми, более холодными, чем воздух, то тэплообмен между воздухом и 519 термометром осуществляется овободной конвекцией.
Коэффициенты конвективного теплообмена в этом случае бывают порядка 10 ккал/м' и град. Обнаружено, что коэффициенты лучистого теплообмена при температурах, равных приблизительно температуре атмосферы, бывают порядка 2 ккал/мз и град. Относительная ошибка благодаря излучению тогда становится равной примерно 20%'. Это значит, что в таких условиях невозможно никакое точное измерение обычным термометром.
Ошибка благодаря излучению может быть значительно уменьшена при помощи экрана. На рис. 14-17 изображен термометр, приспособленный для измерения температуры газа /к в замкнутой полости стемпературой стенок 1„. Экран з должен быть устроен так, чтобы он защищал температурочувствительный элемент термометра от излучения, испускаемого стенками, но не препятствовал конвективному теплообмену на поверхности термомет- Ф ра. Например, короткий пустозз телый, открытый на обоих концах цилиндр, показанный на рис.
14-17, представляет собой желаемую конструкцию. Для риа 1417. К вычислению Ошиб- вычислениЯ ошибки в РезУЛЬ- ка в показании термометра. тате излучения примем, что величины, относящиеся к термометру, имеют индекс !, а величины, относящиеся к экрану, — индекс з.
А, представляет собой площадь поверхности одной стороны экрана, а А,— площадь поверхности термометра. Тепловой баланс для термометра и экрана можно записать следующим образом: а, //, — /,) = ~„(! — /,); 2А,а„!г — /,) + А,а, (/, — / ) = А,а„(1, — 1 ). Исключив /, и вычислив относительную погрешность, 520 получим: ",л + ссс,я исл~сд А~ а, ~ + а~ ~ а ~+а ~+2 ' '+2 ' ' + — ° а а А ' а Последним членом знаменателя можно обычно пренебречь, так как А,/А, (< 1. Выражение для относительной погрешности тогда упростится и примет вид: В приведенных выражениях обозначения те же, что и для незащищенного термометра. Уравнение (14-40) показьвает, что для уменьшения ошибки надо, чтобы все члены уравнения, опносяшиеся к излучению, были малы.
Этого монсно достипнуть, применяя для внешней стороны экрана материал с низкой излучательной способностью. Внутреннюю часть экрана надо окрасить в черный цвет, чтобы избежать отражения излучения ~стенки на термометр. Если возможно, поверхность термометра следует покрыть слоем, обладаюшим ~низкой нзлучателыной способностью. В особых условиях (например, при измерении температуры газа в печах) для уменьшения поиреш~ностей экранировки недостаточно. В таком случае надо попытаться увеличить теплообмен конвекцией, уменьшив диаметр термометра (очень тонкие проволочные термопары) или нскуоственпо увеличив скорость газа, обтекаю цего термометр. Это можно сделать путем отсасывания газа через экран излучения. Такой термометр называется отсасывающим термометром. Он показан ва рис.
14-18. Особым случаем является измерение общей температуры в газовом потоке большой скорости с высокой температурой. Для этой цели применяется наиболее,распространенный диффузорный термометр (см. рис. 10-6). При установившемся ~режиме следует рассматривать три погрешности, обусловленные теплопроводностью, пепельным восстановлением температуры и излучением, и, кроме того, благодаря неустановившимся температурам дополнительно 'может появиться погрешность, обусловленная теплоЯ1 емкостью. Хорошие измерительные при~боры могут быть сконсгруирова~ны при применении м~ногокрагной экранизации и ~создании оптимальных условий для уменьшения всех погрешностей 1Л.
2731. Рис. 14-18. ! 14-7. ПИРОМЕТРИЯ У,всех термомегров есть верхний гсредел измерений температуры. Термопарой, изготовленной из платины-илати~нородия, 1например, монако измерять температуры до 1500'С. Известны другие .сплавы, которые могут быть использованы для намерения тем~иератур вплоть до 2500'С. Однако с ними очень трудно обращаться. За эти~ми пределами температуру измеряют по интенсивности испускаемого излучения. Такой ~метод называется пиромегрическим. Международная шкала температур простирается выипе температуры, плавления золота 11 060' С) благодаря измерению интенсивности излучения черной поверхностью при помощи пирометров.
Пиромегры имеют дополнительное преимущество, заключающееся в том, что измерение можно ооущвсгвлять ~на 1расстоянии. В связи с этикам они применяются даже для более низких темпера- 522 тур и при совершенной конструкции и правильном при~мепении являются приборами высокой точности. В,следующих,параграфах будут ~рассмотрены наиболее часто используемые методы измерения температур поверхностей твердых тел и жидкостей. Существует два класса п~риборов.
Приборы, относящиеся к первому классу, измеряют,калорнметрнчеоки общее (интегральное) излучение, испускаемое поверхностью, П~риборы второго класса сравнивают на глаз интенсивность монохроматического излучения предмета в видимом интер~вале длин воли с извеспной интенсивностью монохроматического излучения.
Каждый ~пнромепр должен быть калибровки путем наблюдения при ломощи него предметов,с известной интенсивностью изл|учения. Последние могут быть, например, получены путем погружения абсолютно черных тел (керамических деталей с пустыми полостями) в ваыны с расплавленным металлом с известной температурой. При применении пирометр имеет один основной недостаток, связанный с тем, лто интенсивность излучения поверхности твердого тела или жидкости зависит не только от ее те~мперату~ры, но также и от ее нзлучательной способности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
