2.4.5. Расчет радиационного теплообмена

Задача № 5. Во выпускном коллекторе для измерения температуры удаляемых газов из цилиндра ДВС поставлена термопара.

Вычислить показание термопары и ее погрешность за счет излучения.

Внутренний диаметр коллектора D = 0.06 м; диаметр королька термопары d=0.002м; температура удаляемых газов t_газ=541⁰С (Т_газ=814 К); температура стенок выпускного коллектора t_ст=130 ⁰С (Т_ст=403 К); коэффициент теплового излучения (степень черноты) стенок выпускного коллектора _ст=0.80; коэффициент теплового излучения (степень черноты) королька термопары _к=0.86;коэффициент теплоотдачи от газа к поверхности королька термопары =60 Вт/(м²К).

Решение

Термопара отдает теплоту за счет излучения

Q_л =F₁c₀[]/[+]

и получает теплоту за счет конвекции

Q_к=F₁ (T_газ – Т_к).

Здесь F₁ – поверхность королька, м²;

F₂ – внутренняя поверхность выпускного коллектора м²;

Т_к- температура королька термопары ,К.

С

4

оставим уравнение теплового баланса для королька термопары Q_л= Q_к.

3

2

1.-Выпускной коллектор;

1

d_k

2. –королек термопары;

3. –вставка;

4 –термопара.

Рис. 2.7 Установка термопары в выпускном коллекторе

Поверхность королька термопары намного меньше внутренней поверхности выпускного коллектора F₂>> F₁, то можно принять F₂/F₁  0.

Расчет значения показания термопары будем искать графическим методом. Для этого задаем несколько значении Т_к и рассчитываем Q_л/F₁ и Q_к/F₁.

Табл. 8

	Тк, К
	403	500	600	700	814
Qл/F1 Вт/м^2	0	1763	5037	10429	20137
Qк/F1, Вт/м^2	24660	18840	12840	6840	0

На графике с координатами Q/F и Т_к строим зависимости Q_л/F₁= (Т_к) и Q_к/F₁= (Т_к). Точкой пересечения этих зависимостей есть значение показания термопары Т_к= 670 К.

Погрешность показания термопары за счет излучения составитT = T_газ -Т_к= 814-670 = 144 К или t = 144 ⁰C.

Для уменьшения погрешности измерения термопары необходимо уменьшить коэффициенты теплового излучения или поместить термопару в экран с низким коэффициентом теплового излучения.

Q/F 10^-3, Вт/м²

25

20

15

10

5

0

Q_k /F₁

Q_л /F₁

Т₁= 670 К

T, К

300

400

500

600

700

800

900

Рис.2.8. Зависимость удельного теплового потока (Q/F) от температуры королька термопары.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Приближенные значения мольных теплоемкостей газов при постоянном давлении и объеме

Газ	Одноатомный	Двухатомный	Трех-и миого-атомный
Ср, кДж/(кмольК)	20,93	29,31	37,40
Сv, кДж/(кмольК)	12,56	20,93	29,31

• .

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Физические свойства сухого воздуха при давлении 1,013 бар

t, ^0С	, кг/м^3	Ср, Дж/(кг.К)	, Вт/(м.К)	.10^6м^2/с м^с	Pr
-40	1,515	1013	0,02:12	10,04	0.728
-30	1,4.53	1013	0,0220	10,80	0.723
-20	1,395	1009	0,0228	11,79	0.716
-10	1,342	1009	0,0236	12,43	0.71.2
0	1,293	1005	0,0244	13,28	0.707
10	1,247	1005	0,0251	14,16	0.705
20	1,205	1005	0,0259	15,06	0.703
30	1,165	1005	0,0267	16,00	0.701
40	1,128	1005	0,0276	16,96	0.699

Физические свойства воды на линии насыщения

t,°С	, кг/м^3	Ср, Дж/(кг.К)	, Вт/(м.К)	10^6, м^2/с	Рг	10 ^4, К^-1 к^-1
50	988,1	4174	0,640	0,556	3,591	4,49
60	983,1	4179	0,650	0,478	3,03	5,11
70	977,8	4187	0,662	0,415	2,58	5,70
80	971,8	4195	0,669	0,365	2,23	6,32
90	965,3	4208	0,676	0,326	1,97	6,95
1ОО	958,4	4220	0,684	0,295	1.75	7,52

Федеральное агентство по образованию

Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра “Теплогазоснабжение”