Курсовая работа: Определение температуры факела исследуемой газовой горелки
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.
1.1. Контактные методы измерения температур.
1.1.1. Термометры расширения
Методы измерения температур достаточно подробно изложены в работе [1,2].
В жидкостных стеклянных термометрах для определения температуры используется тепловое расширение специальной термометрической жидкости. Термометрическая жидкость заключена в тонкостенный стеклянный резервуар, соединенный с капилляром, с которым связана температурная шкала.
Вследствие различия теплового расширения жидкости и стеклянного резервуара при изменении температуры изменяется длина столбика жидкости, находящейся в капилляре.
Смачивающие или несмачивающие термометрические жидкости должны обладать достаточной объемной стабильностью в условиях работы термометра. В качестве несмачивающей металлической жидкости служит чаще всего чистая и осушенная ртуть. Она используется для измерения температур в диапазоне от -38,5º С до 630º С.
Термометры из кварцевого стекла для измерения температур до 800º С наполнены ртутью. Для измерения температур до -200º С применяют термометры, наполненные смачивающей органической жидкостью.
Для удобства наблюдений и облегчения отсчетов в термометрическую жидкость добавляют голубое или красное красящее вещество. Красящее вещество ни в коем случае не должно выделяться из жидкости и сужать сечение капилляра из-за осаждения на стенках. Неправильно выбранное красящее вещество может вызвать погрешность до 2 К. жидкость должна иметь малую вязкость, чтобы время установления показания из-за медленного протекания жидкости при охлаждении термометра было возможно меньшим. В качестве смачивающих термометрических жидкостей пригодны: толуол (от -90º С до 100º С), спирт (от 110º С до 210º С), пентановая смесь (от -200º С до 30º С). Из-за худшей теплопроводности и большей вязкости этих жидкостей инерционность таких термометров больше, чем ртутных.
Во всех термометрах не допускается наличие в жидкости пузырьков газа или пара, которые могут разорвать столбик. Следует также следить за тем, чтобы не происходило испарения и конденсации жидкости в свободном пространстве капилляра. У термометров со смачивающей жидкостью это может приводить к погрешности в несколько десятых градуса уже при сравнительно низких температурах. Поэтому свободное пространство капилляра часто заполняют осушенным и очищенным от кислорода инертным газом под давлением, повышая тем самым точку кипения жидкости (избыточное давление в 1 бар для температур до 350º С. 20 бар до 600º С, 70 бар до 750º С). Только у ртутных термометров для измерений ниже 200º С можно использовать вакуумированный капилляр. Это облегчает устранение разрыва столбика, но и возникают они в этом случае значительно чаще. Поскольку большее сечение капилляра и быстрое изменение температуры вдоль столбика способствует возникновению разрывов в вакуумированных термометрах, обычно ртутные термометры для низких температур также наполняют защитным газом.
1.1.2. Термоэлектрические термометры (термопары).
1.1.2.1. Принцип действия.
В термоэлектрических термометрах для измерения температуры используется открытое в 1921 г. Зеебеком явление термоэлектричества (эффект Зеебека). Если два проводника из разных металлических материалов А и В соединены концами в замкнутый контур (рис.1. а) и места соединений находятся при разных температурах t1 и t2 , то в контуре возникает электрический ток. Оба электропроводника, называемые термоэлектродами, образуют термопару. Одно из мест соединения, помещаемое в среду с измеряемой температурой, является рабочим концом термопары, второе, находящееся при постоянной температуре, является свободным концом термопары.
Термоэлектродвижущая сила (т.э.д.с.) Е термопары с термоэлектродами А и В может быть рассчитана из алгебраической суммы эффекта Пельтье для мест контактирования А и В и эффекта Томпсона для обоих термоэлектродов А и В, если пренебречь такими необратимыми явлениями, как джоулевы потери и потери на теплопроводность.
Если в контуре, составленном из термоэлектродов А и В (см. рис. 1.,б), течет ток, то при переходе электронов из одного термоэлектрода в другой они должны или затрачивать, или приобретать энергию. При этом кинетическая энергия электронов увеличивается или уменьшается, а место контакта охлаждается или нагревается. Тепловые потоки, возникающие в обоих местах контактирования термоэлектродов А и В, изменяются пропорционально току I.
А+ А+
t1 t2 t1 = t2 t2 =t+
t
|
|
|
Тепловой поток равен 
, где Р – коэффициент Пельтье, зависящий
от материала обоих термоэлектродов и температур t1 и t2 мест контактирования; Р имеет размерность ВТ/A=В.
При прохождении тока I в контуре вследствие небольшого по величине эффекта Томпсона термоэлектроды или нагреваются, или охлаждаются, если в них есть перепад температур по сравнению, например, с наиболее высокой
температурой контакта Т2 . Этот тепловой поток также пропорционален току I и градиенту температур 
в обоих термоэлектродах и равен 
, где 
- коэффициент Томпсона, зависящий от материала электродов и от температуры Т и имеющий размерность Вт/А·К = В/К.
Если рабочий конец термопары находится при температуре 
, а свободный – при Т, то т.э.д.с. 
. Она равна сумме эффектов Пельтье и Томпсона, т.е.
(1а)
или 