Переводная таблица хромель-копелевых термопар

Данные установки:

Потребляемая мощность – 81 Вт;

d_вн = 7,4 мм – внутренний диаметр трубы;

d_н = 8,0 мм – наружный диаметр трубы;

l = 450 мм – длина рабочего участка;

R = 0,047 Ом – электрическое сопротивление трубки;

А = 0,08 Вт/К – коэффициент тепловых потерь;

К = 13,52 К/мВ – коэффициент перевода;

а = 75 мм – расстояние между термопарами.

4 Расчетные формулы

4.1 Определение местных значений коэффициентов теплоотдачи

В работе используется электрический обогрев стенки трубы, толщина которой, а следовательно, и электрическое сопротивление, не изменяются по длине. С учетом того, что температура стенки по длине трубы изменяется незначительно, можно полагать, что местная и средняя плотности теплового потока приблизительно одинаковы.

Для поддерживаемого теплового потока q_c = const. изменяя величину скорости течения воздуха в трубе в каждом опыте, требуется определить значения местных коэффициентов теплоотдачи для каждого сечения по формуле

, (4.1)

где q_c – плотность теплового потока от внутренней стенки трубки к движущемуся внутри воздуху, Вт/м²; Δt_сх – местный температурный напор, ºC:

Δt_cx = t_cx – t_ж, (4.2)

где t_cx – местная температура стенки, ºC; t_ж – среднемассовая температура воздуха в данном сечении трубы, ºC.

Теплоотдача от нагреваемой трубки (внутреннего источника тепла) осуществляется через внутреннюю и внешнюю поверхности ее стенки. Поэтому требуемый для опыта тепловой поток на внутренней поверхности можно определить по формуле

, Вт/м², (4.3)

где Q – мощность теплового потока на внутренней поверхности стенки трубы, Вт:

Q = W – Q_пот, (4.4)

где W – полная мощность, выделяемая стенкой трубы при прохождении электрического тока:

; (4.5)

Q_пот – тепловой поток во внешнюю среду («тепловые потери»).

Приближенная формула для Q_пот, полученная в результате предварительных опытов, для данного участка имеет вид:

Q_пот = A (t_c – t_к), (4.6)

где t_c – среднеарифметическая температура стенки; А = 0,08 Вт/К – коэффициент тепловых потерь; t_к – комнатная температура воздуха.

При постоянстве теплового потока q_c = const, средняя массовая температура воздуха изменяется линейно по длине трубы, то есть

, (4.7)

где t_ж1 и t_ж2 – средние массовые температуры воздуха на входе в трубку и выходе из нее.

В интервале температур от 0 до 50 ºС для хромель-копелевых термопар термо-ЭДС практически линейно зависит от температуры, то есть

E = K t,

где К = 13,52 мВ/К – коэффициент пропорциональности.

. (4.8)

Тепловой поток во внешнюю среду составит

. (4.9)

Подставив в (4.3) выражения (4.4), (4.5), (4.9) найдем

, (4.10)

где ΔЕ_схi – ЭДС термопар, расположенных по сечениям трубы, мВ; U – электрическое напряжение, подаваемое на трубу, В; R – электрическое сопротивление материала трубы, Ом.

После расчета q_c необходимо вычислить по формуле (4.1) значения α_i для пяти сечений трубы; построить график зависимости α_i = ƒ(х_i).