1.2.3. Измерение расходов

Из множества приборов, используемых для определения секундных массовых расходов жидкостей и газов в дисциплине «Тепло

техника» используются ротаметры.

Ротаметр состоит из вертикальной конусной стеклянной трубки 1 (рис. 1.9), внутри которой находится чувствительный элемент 2, выполненный в виде поплавка. Для обеспечения устойчивого положения поплавка в канале верхний его обод снабжен канавками с крутым наклоном. Принцип действия ротаметра основан на восприятии перемещающимся в конусной трубке поплавком динамического напора потока газа или жидкости, движущихся снизу вверх. При подъеме поплавка проходной зазор между наибольшим диаметром

Рис. 1.7

Рис. 1.9 поплавка и внутренним диаметром трубки увеличивается, перепад давления на поплавке уменьшается. Когда перепад давления становится равным весу поплавка, приходящемуся на единицу площади его поперечного сечения, наступает равновесие. При этом каждому положению поплавка соответствует определенное значение расхода. Шкала прибора выполняется с равномерными делениями и нанесена непосредственно на стеклянной трубе. Прибор устанавливается только в вертикальном положении. Градуировку газовых ротаметров производят воздухом при температуре 20 ^оС и давлении

760 мм рт. ст., жидкостных – водой при 20 ^оС. К прибору прилагается паспорт с градуировочной таблицей.

Внешний вид ротаметра и его разрез представлен на рис. 1.10. Здесь: 1 – нижний упор; 2 – поплавок; 3 – трубка конусная; 4 – промежуточный упор; 5 – стягиваю-

щая шпилька; 6 – верхний упор.

Рис. 1.10

1.2.4. Измерение тепловых потоков

При исследовании процессов распространения теплоты опредепараметром является величина теплового потокаВ ряде случаев энергия в форме теплоты подводится от электрических нагревателей. Если ее потери отсутствуют, т.е. вся выделившаяся теплота при прохождении электрического тока по сопротивлению участвует в изучаемом процессе, то величинаопределяется по силе тока и падению напряжения на нагревателе:

= I ^. U.

При наличии потерь теплоты и в случае, когда тепловой поток создается неэлектрическими нагревателями (например, протекающим горячим газом по каналу), для определения значения используюткалориметрический метод или метод теплопроводности.

Суть калориметрического метода определения теплового потока состоит в том, что количество теплоты в единицу времени вычисляется по массовому расходу газообразной или жидкой среды и изменению ее температуры:

= c_p (t₁ - t₂ ) , (1.1)

где - массовый расход жидкости, кг/c;

c_p - средняя массовая теплоемкость жидкости, кДж/(кг • К);

t₁ и t₂ - температура жидкости на входе и выходе, ⁰C.

В основу метода теплопроводности положено уравнение, выражающее закон Фурье:

= ,

где  - коэффициент теплопроводности, Вт/(м ∙ К);

F - поверхность, через которую передается теплота, м²;

- температурный градиент, К/м.

При определении величины теплового потока в этом случае необходимо лишь экспериментально найти значение температурного градиента, т.к.  и F заранее известны.

В зависимости от геометрической формы тела, через которое передается теплота, можно определить величину теплового потока.

по упрощенным выражениям. Так, для плоской неограниченной пластины

= F ∆t , (1.2)

где  - толщина пластины, м; ∆ t - перепад температуры на толщине , К.

Для цилиндрической стенки используется формула:

= F ^, (1.3)

где F и d₀ - площадь и диаметр со стороны внутренней или наружной поверхности цилиндрической стенки;

- коэффициент теплопроводности материала стенки;

t₁ и t₂ - значения температур стенки на диаметрах d₁ и d₂.

Выражения (1.2), (1.3) часто используются для определения коэффициента теплопроводности по известному тепловому потоку.

Методы определения  при использовании выражения (1.2) называются методами пластин, а с использованием выражения (1.3) - методами толстостенной трубы.