Дзюбенко Б.В., Дрейцер Г.А., Ашмантас Л.-В.А. - Нестационарный тепломассообмен в пучках витых труб (1062122), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Измерение расхода жидкости, газов и паров стандартными диафрагмами и соплами. М., Изд-во стандартов, 1964, с. 148. 198 увеличивается с ростом т. Было показано, что с помощью диафрагм можно достаточно точно производить измерения расходов газа в трубопроводах малого диаметра несмотря яа то, что они не нормализованы существующими правилами. При этом коэФфициент расхода а и предельные числа Ке отличаются от рекомендаций для нормальных диафрагм.
Измерение давления производилось образцовыми манометрами класса 0,3. Перепады давлеиий на диафрагмах и на экспериментальных участках измерялись ртутными дифманометрами ДТ-150, ДТ-50 и водяными дифманометрами. Применяемые для измерения температур стенок труб и потока термопары хромель-алюмель специально тарировались в ВНИИСМИП. Для измерения силы тока, проходящего через экспериментальный участок, использовались амперметры класса 0,1 и траисформаторы тока. Падение напряжения на экспериментальном участке измерялось вольтметром класса 0.1.
При нагреве постоянным током измерение падения напряжения производилось потенциометром Р 2/1. Особое внимание уделялось измерениям в нестационарных условиях. Инерционность всех датчиков оценивалась и обеспечивала надежную регистрацию измеряемых параметров в нестационарных условиях. Давление газа измерялось с помощью иидукционных датчиков давления ДДИ-21, работающих в комплекте с приборами ИД-2И. Датчики давления тарировались в стационарных условиях по образцовым манометрам и имели линейные характеристики.
Для исключения перетечек газа в линии отборов статического давления во время осуществления нестационарного процесса закрывались краны. установленные на этих линиях. Датчики давления при температуре потока выше 50' С охлаждались водой. Время запаздывания датчиков не превышало 0,001 ... 0.005 с. В нестационарных условиях в двух вариантах пучков витых труб измерялись показания восьми термопар, размещенных на центральной трубке пучка.
Термоэлектроды термопар диаметром 0,2 мм вваривались непосредственно в стенку трубы и выводились через пространство внутри витых труб. Поскольку имеющиеся в настоящее время методы расчета инерционности термопар, например, позволяют делать только весьма приближенные оденки из-за трудности в определении граничных условий на поверхности термоэлектродов, был поставлен соответствующий эксперимент по определению инерционности примененных термопар. Для этого одиночная витая труба с приваренными к ее стенке термопарами поме- 199 щалась в круглую трубу и омывалась снаружи воздухом.
Осуществлялось резкое включение и выключение электрического тока, пропускаемого по витой трубе. При этом в первом случае температура стенки возрастала, во втором— падала. Инерционность термопар оценивалась с помощью практически безынерционного метода определения температуры стенки трубы по ее электрическому сопротивлению. В дальнейшем в показания термопар вносилась поправка цТс = Т, — Т „эм (Тс — действительная температура, Тс „,„— измеренная температура), зависящая от температуры стейки Т и производной ЭТ /дт.
Для измерения температуры потока в нестационарных условиях использовались термопары с диаметром термоэлектродов 0,1 и 0,2 мм. Погрешности из-за их инерционности незначительны, как показали оценки, проведенные методом двух термопар. В цепи каждой термопары установлен двойной переключатель, включающий ее либо на потенциометр, либо на осциллограф, На осциллографе производилась кроме записи не- стационарного режима запись стационарных режимов до и после нестационарного процесса. В установившихся процессах термопары поочередно переключаются на потенциометр, и производится измерение ЭДС термопар. В этот момент цепь гальванометра в осциллографе разомкнута и производится запись нуля соответствующей термопары. В силу линейности характеристик гальванометров осциллографа значения величин измеряемых параметров (в том числе и ЭДС термопар Е) являются линейными функциями отклонений от соответствующей нулевой линии на осциллограмме.
Поэтому для расшифровки осциллограмм достаточно знать начальное й,, конечное й~ и текущее л;, отклонения от нулевой линии и соответственно значения измеряемых параметров в стационарных режимах, например, ЭДС термопар Е (Л, ) и Е (Ь,). В нестационарных режимах измерялось также падение напряжения на участках пучка витых труб, для чего соответствующие отборы напряжений выводились на осциллограф. Для измерения силы тока осциллографировалось падение напряжения на нормальном сопротивлении. Эти измерения позволили определить электрическое сопротивление участков пучка, а поскольку электрическое сопротивление материала труб зависит от температуры, это позволило в части экспериментов измерять температуру стенок труб пучка практически безынерционным методом. Для получения зависимости электрического сопротивле- Рнс.
6.7. Зависимость относительного электрнческого сопротнвлення стенкн трубы нэ сталя 1Х18Н10 от температуры (Яе -сопротнвленнепрн100 С) У,У и лаэ туг 1уо г;г ния участка трубы / = 200 мм от температуры А = /'(г) использовалась схема, показанная на рис. 6.6. Падения напряжения на участке трубки 1 на нормальном сопротивлении ЭДС термопар измерялись полуавтоматическим потенциометром Р2/1.
Система реостатов позволяла изменять температуру экс. периментальнай трубки от 20 до 350' С. Переключатель 6 позволял устранять влияние шагового напряжения (падение напряжения на горячем спае термопары) на показания термопар. Значения температур и падений напряжения на участке трубки, полученные при противоположных направлениях тока в ней, усреднялись.
Зависимость А = /'(т) определялась по значению температуры для середины участка А Аналогичные зависимости были получены на переменном токе. Расхождение получаемых значений удельного электрического сопротивления в диапазоне температур 50 ... 350' С с данными для сталей 1Х18Н10 не превышает 2,5 %. Для удобства обработки опытных данных зависимость А = /'(г) перестроена в виде А/Ае = р(т) (рис. 6,7), где Ае — электрическое сопротивление участка трубы при температуре 100 ' С. При изменении тепловой нагрузки по времени для каждого выбранного момента времени нестационарного процесса определялась относительная величина электрического сопротивления А/А е, которая для упрощения обработки осциллограмм представлялась в виде 201 Рнс.
6.6. Схема установкн лля получения эавнснмостн электрического сопротнвлення участка трубы от температуры: 1 — термопары; 2 — труба; 8 — нормальные сопротивления; 4 — пере- я/гэ ключатель малого тока; б — потенцнометр Р2/1; 6 — переключатель напрев- 1г лепна тока; 7, 8, 9 — реостаты (6.43) где Я вЂ” электрическое сопротивление участка трубки для момента стабилизации нестационарного процесса т . Величина Я' /Ач находилась следующим образом.
По измеренному термопарами распределению температур стенки по длине трубы для момента т определялась температура для середины участка!. Затем по зависимости А/Я, = у(~) для температуры г находилось значение Я /Яо, Величину Я/Я можно представить в виде л и/й "с/ьц л и /2 ь2/ьт (6.44) 202 где й — амплитуда отклонения шлейфа осциллографа при измерении падения напряжения (/ и силы тока / в произвольный момент времени. Индекс относится к т .
Для выбранных моментов времени на осциллограмме измеряются значения ЙП, Ьт, й~,, Ьт и определяется величина Я/Я; опре. делив по (6.43) значение Я/Яо, по зависимости Я/Яо = д(г) можно найти для каждого выбранного момента времени значение температуры стенки. Затем строится зависимость г = =/(т). Хотя погрешность измерения нестационарных температур данным методом в 2 ... 3 раза больше, чем случайная погрешность измерения температур термопарами, использование этого метода перспективно, поскольку исключает дополнительные погрешности, свойственные термопарам.
Таким образом, предложенная методика позволяет достаточно просто и практически безынерционно измерять температуру стенок каналов в нестационарных условиях. Погрешность данной методики может быть значительно снижена применением осциллографов с большей шириной ленты, измерением изменения сопротивления участков пучка с помощью мостовых схем, а также при использовании трубок из материалов с более сильной, чем у стали Х18Н10, зависимостью электрического сопротивления от температуры.
Этот метод позволил упростить конструкции экспериментальных участков для исследования нестационарных процессов. Разработанные методики использовались для измерения нестационарных температур пучка витых труб при его обогреве как переменным, так и постоянным током (см. рис. 6;4, 6.6), для чего осциллографировались падение напряжения на каждом участке пучка и сила тока. При нагреве переменным током в схему измерения был включен выпрямитель 19 (см. на рис. 6.4).
Схема состояла из переменного сопротивления Яз величиной 10 кОм, служащего делителем напряжения; выпрямительного моста, собранного из 4 диодов Д7Г; переменного сопротивления Я, величиной 1 кОм, необходимого для получения выходного сигнала с моста в области характеристики диодов, близкой к линейнои; конденсатора емкостью 10 мкФ и переменного сопротивления к, величиной 700 ... 1000 Ом, позволяющих согласовать собственную частоту гальванометра осциллографа с величиной выходного сигнала. Это позволило подбирать оптимальную степень успокоения гальванометра. Из-за нелинейности характеристик диодов, используемых в выпрямителе, специальными тарировками для каждого режима во всем диапазоне изменения величин падения напряжения и силы тока определялась зависимость величины отклонения луча осциллографа от величины сигнала.
Зависимость электрического сопротивления пучка от температуры определялась отдельно для девяти участков пучка с помощью термопар при стационарном режиме. Максимальная погрешность (соответствующая доверительной вероятности 0,997) измерения средней температуры стенки в диапазоне ее измерения до 700 ... 800 К составляла 3,5 К.
ВРЬ ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА На описанной ранее экспериментальной установке изучались нестационарные процессы теплообмена, вызванные изменением тепловыделения в стенках трубы пучка. Температура теплоносителя на входе в канал и расход теплоносителя во времени не изменялись. Тепловыделение в стенках пучка труб изменялось скачкообразно или плавно за 1 ... 5 с. Эксперимент осуществлялся следующим образом: устанавливался начальный стационарный режим и регистрировались значения стационарных параметров, затем измерительные линии переключались на осциллографы и осуществлялся исследуемый нестационарный процесс. Запись параметров производилась до достижения конечного стационарного состояния. Длительность нестационарного процесса определялась как длительностью и величиной возмущающего воздействия, так и параметрами потока в начале процесса и изменялась в пределах от 5 ... 10 с до 180 ...
200 с. Запись в начале процесса была непрерывной, а затем дискретной. По истечении 203 Ю Рис. 6.8. Осциллограммы процессов нестационарного теплообмена: а — плавное увеличение тепловой нагрузки; б — резкое увеличение тепловой нагрузки; 1 ... 9 — падение напряжения на участках пучка; 10— общее падение напряжения; 11 — сила тока; 12 — нулевая линия 204 80() с производилась запись установившегося режима. Тарировка всех измерительных систем осуществлялась в начале н конце каждого нестационарного процесса. На рис. 6.8 показаны характерные осциллограммы нестационарных процессов. 6.5. ОБРАБОткА Опытных дАнных Обработка результатов экспериментов включала в себя следующие этапы. обрйботку тарировочных и стационарных опытов с целью проверки методик измерений основных параметров; обработки осциллограмм и подготовки экспериментальных данных для пасчета на ЭВМ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
