Министерство образования и науки Украины Одесский Национальный Университет им. И.И. Мечникова Физический факультет Кафедра теплофизики Определение температуры факела исследуемой газовой горелки «допустить к защите» Курсовая работа зав. кафедры теплофизики студента IV курса профессор Калинчак В.В. физического факультета « » 2004г. Игнатьева А.А. Научный руководитель профессор Калинчак В.В. ст.н.ст Трофименко М.Ю. Одесса 2004 г. Содержание ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1. МЕТОДИКИ ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ТЕМПЕРАТУР 1. Контактные методы измерения температур 1. Термометры расширения 2. Термоэлектрические термометры (термопары) 1.1.2.1. Принцип действия 2. Общие требования к материалам для термоэлектрических термометров 3. Принципы измерения температуры с помощью термоэлектрического термометра 4. Измерение температуры пламени с помощью термоэлектрического термометра 5. Расчет влияния температуры свободных концов термопары 6. Погрешности термоэлектрических термометров 2. Бесконтактные методы определения температур 1.2.1. Оптические методы измерения температуры пламени ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ И ЭКСПРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА 1. Экспериментальная установка, методика проведения измерений, анализ полученных данных ГЛАВА 3. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ БЕСКОНТАКТНЫХ ОПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ ИССЛЕДУЕМОЙ ГОРЕЛКИ ВЫВОДЫ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Введение Современные научные и производственные технологии предполагают использование высокотемпературных реакций для получения тугоплавких высокопрочных материалов, процесса легирования и т.д. Эффективность использования применяемых для этих целей источников энергии (в частности использование пропан-бутана в горелках) должна обеспечивать максимальные температуры и полноту сгорания топлива.
В связи с этим, важно понять механизм горения.
Методом, с помощью которого это возможно - измерение температуры и ее распределение в факеле.
Обычно измеряемые температуры лежат в достаточно широком интервале от -273º С до 3000º С и более.
Поэтому для измерения температуры во всех возможных случаях необходимы разнообразные средства и методы измерений, к которым в зависимости от поставленной задачи измерения выдвигаются существенно различные требования. Контактные методы измерения температуры предполагают непосредственный контакт с измеряемым объектом. Однако использование контактного термометра может приводить к нарушению структуры пламени.
Возникающие в результате этого погрешности измерения и запаздывания показаний зависят от физических свойств и скорости течения измеряемой среды около термометра, а также от конструкции термометра. Такие погрешности могут быть больше методических погрешностей. При выборе контактного термометра следует, кроме того, учитывать, что термометр должен выдерживать механические, химические и термические нагрузки, которым он подвержен на данном объекте исследования.
В низкой области температур факела (до 600º С) применяются термометры, отличающиеся простотой измерения температуры. Для расширения измеряемого температурного интервала и повышения быстроты срабатывания используются термоэлектрические термометры. Область их применения до 1200º С. Часто собственная температура контактного термопреобразователя (или его части) даже в статическом режиме отличается от температуры измеряемой среды.
Это отличие определяется особенностями теплообмена между термопреобразователем и измеряемой средой, конструктивными и теплофизическими характеристиками самого преобразователя и отдельных частей его арматуры, а также условиями теплообмена термопреобразователя с окружающей средой. В случае больших температур и быстропротекающих процессов используются оптические методы измерения температуры обладающие высоким пространственным и временным разрешением.
Актуальность выполняемых в данной работе измерений заключается в том, что для оптимальной организации процесса горения и, следовательно, эффективного использования газа необходимо знание структуры факела пламени используемой горелки. Целью данной работы является определение структуры факела исследуемой горелки с целью достижения режима, при котором в условиях эксперимента возможно получение максимальной температуры. ГЛАВА 1.
МЕТОДИКИ ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ТЕМПЕРАТУР . 1. Контактные методы измерения температур. 1.
Она используется для измерения температур в диапазоне от -38,5... Термометры из кварцевого стекла для измерения температур до 800... Красящее вещество ни в коем случае не должно выделяться из жидкости и ... Неправильно выбранное красящее вещество может вызвать погрешность до 2... Только у ртутных термометров для измерений ниже 200º С можно ...
Принцип действия. В термоэлектрических термометрах для измерения темпе... Зеебеком явление термоэлектричества (эффект Зеебека). Если два проводника из разных металлических материалов А и В соединены... рис. Тепловой поток равен, где Р – коэффициент Пельтье, зависящий от матери...
В этом случае можно измерять температуру без особых дополнительных уст... проволока). Термоэлектроды должны обладать достаточной коррозионной стойкостью и б... На свойство термоэлектродов особенно сильно влияет холодная деформация... Происходящие в этих зонах изменения химического состава термоэлектродо...
Отсюда следует: в контуре из двух различных термоэлектродов, места кон... 3. По закону аддитивности т.э.д.с если два любых проводника А и В имеют п... По закону аддитивности температур т.э.д.с. не зависит от изменения температуры термоэлектродов между рабочим конц...
На основании изложенного выше можно рассчитать действительную температ... В этом случае применение уравнения (4) не приводит к полезным результа... Последовательность расчетов следующая. Из уравнения (3) имеем где - из... После несложных преобразований получим (5) Коэффициент рассчитывается ... Вследствие своей массы термоэлектрические термометры при высокочастотн...
Еа должно быть скорректировано на величину Е, соответствующую этому от... Еа должно быть увеличено на. от температуры при опорной температуре к изменению т.э.д.с. при измеряемой температуре t: (8) Коэффициент коррекции С зависит от т... 1.1.2.6.
Влияние температуры свободных концов термопары. 3. [3] Погрешность измерения температуры газа, вызванная лучистым теплооб... Погрешность измерения температуры за счет теплоотвода по чехлу определ... 1.2.
То же уравнение в функции частоты излучения имеет вид: (14) Из уравнен... Из формулы (16) следует, что при увеличении температуры абсолютно черн... Рис.3. Из формулы (17) видно, что значение максимума излучения в спектре абсо... При селективном излучении различия между истинной и цветовой температу...
МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ И ЭКСПРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА. Экспериментальная установка, методика проведения измерений, анализ пол... Это разрешает нам применять термоэлектрические методы определения темп... Нам представляется, что как и в работе [6], механизм горения у торца с... ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ БЕСКОНТАКТНЫХ ОПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМП...
заключение о механизме горения интересующего нас вещества. Выводы. 1. Примененная методика измерения температур с помощью термопары дала возможность получить распределение температур в факеле в зоне его устойчивого горения. 2. Определенное распределение температур в факеле позволяет сделать предположение о диффузионном режиме горения у сопла, и последующим возрастанием роли кинетического режима горения с увеличением расстояния от торца факела, и достижения максимальных температур у нижнего края зоны желтого свечения. 3. Постоянство температур внешней поверхности факела определяется диффузией кислорода из внешнего воздуха в зону реакции. 4. Для получения более точных результатов и в частности в верхней части факела, необходимо применять методики определения температур оптическими методами, обладающими большим пространственным и временным разрешением.
Список литературы 1. Линевег Ф. Измерение температур в технике.
Справочник. Пер. с нем. 1980 544 с. 2. Температурные измерения. Справочник. /Геращенко О.А Гордов А.Н Еремина А.К. и др.: Отв.ред. Геращенко О.А Киев: Наукова думка, 1989 709 с. 3. Кузнецов Н.Д Чистяков В.С. Сборник задач и вопросов по теплотехническим измерениям и приборам: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд доп. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 328 с. 4. Брамсон М.А. Инфракрасное излучение нагретых тел. М.: Наука, 1964 223 с. 5. Свет Д.Я. Оптические методы измерения истинных температур.
М.: Наука, 1982. 296 с. 6. Гейдон А.Г Вольфгард Х.Г. Пламя, его структура, излучение и температура. Пер. с англ. –М: Металлург, 1959. -333 с. 7. Шейндлин А.Е. Излучательные свойства твердых материалов. М.: Энергия, -1974. 350 с. 8. Трофименко М.Ю. Особенности структуры факела пламени твердых смесевых систем на основе перхлората аммония.
Диссертация на соискание степени канд. физ мат. наук, Одесса, 1999.