Методические указания

Студентами с целью улучшения усвоения материала и одновременно контроля со стороны преподавателя по курсу «Метрология, стандартизация и сертификация» выполняется самостоятельная работа по индивидуальному варианту, который выдается преподавателем (прил. 6) и сдается на рецензирование ему в течение учебного семестра.

Задание

1. Оценка погрешности при установке термоприемника

Для численной оценки погрешностей необходимо определение температур внутренней стенки, наружной стенки, защитного чехла (), которые можно рассчитать, зная тепловой поток через стенку q и значение коэффициентов теплопередачи от газа к стенки ₁ и от воздуха к стенке ₂ [1-3, 5].

1.1. Тепловой поток через стенку определяется по формуле

,

где k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К);

t_возд – температура воздуха, t_возд = 25 ^оС.

,

где и – толщины кладки и штукатурки, м;

и – коэффициенты теплопроводности для кладки (материал огнеупора) и штукатурки, Вт/(мК).

По прил. 1 (табл. 1, 3) для материала огнеупора (из варианта задания) определяем, для нашего примера диатомного кирпича = 0,46 Вт/(мК). Для асбестовой штукатурки = 0,6 Вт/(мК) = const.

1.2. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке ₁ определяется из критериальной зависимости по формулам:

Nu = 0,021Re^0,8Рr^0,4 ,

Nu,

где Pr – критерий Прандтля, для двухатомных газов Pr = 0,72;

h – определяющий размер, в данном случае высота установки термоприемника над полом постоянная и равна h = 1,2 м.

1.3. Число Рейнольдса при скорости газов до _н = 20 м/с (постоянная) и коэффициенте кинематической вязкости газов v = 7810^-6 м²/с (из прил. 2, табл. 1, 2) определяется по формуле

_{Для нашего примера}

Nu = 0,021307693 ^0,80,72^0,4 = 452,6.

1.4. Коэффициент теплоотдачи к стенке определяется по формуле

∙ Nu,

где _газа - коэффициент теплопроводности газа,

_газа = = 410^-2 Вт/(мК).

Для нашего примера

Вт/(м²К).

1.5. Определение коэффициента теплоотдачи наружной стенки к воздуху ₂ [4].

Из справочной литературы определяется для воздуха v_возд = = 5810^-6 м²/с и _возд = 4,610^-2 Вт/(мК), которые постоянны. В качестве определяющего размера берем длину наружной стенки верхней сварочной зоны постоянна и равна h = 7,45 м. Скорость воздуха у стенки постоянна и равен  = 4 м/с.

,

Nu =0,021513793 ^0,80,72^0,4 = 682,2,

Вт/(м²К).

Толщина кирпичной кладки и толщина слоя штукатурки постоянна и равна = 0,3 м и = 0,09 м, соответственно.

Коэффициент теплопередачи определяется:

= 0,9 Вт/(м²К).

Величина теплового потока через стенку:

Вт/м².

Из условий теплопередачи от газа к стенке:

.

Для нашего примера

С.

Из условий теплопередачи от стенки к воздуху:

.

Для нашего примера

С.

1.6. Величина погрешности от теплообмена излучением между термоприемником [6] и внутренней стенкой газохода определяется по формуле

,

где с₀ – постоянная, с₀ = 5,67 Вт/(м² ·К⁴);

 – степень черноты термоприемника. Для стали 12Х18Н10Т  = 0,62 (прил. 3);

_т – коэффициент теплоотдачи от газа к термоприемнику, Вт/(м² ·К);

t_газа – температура газа, К;

t_с.в. – температура внутренней стенки, С.

Для поперечного сечения:

Nu = 0,25Re^0,8Рr^0,4.

Так как скорость газа у стенки меньше средней по потоку, принимается постоянной _с = 7 м/с.

Для нашего примера

,

Nu = 0,2517949^0.80,72^0.4 = 554,8,

∙ Nu,

Вт/( м² ·К),

С.

Таким образом, температура термоприемника ниже температуры потока на 2,77 С.

1.7. Погрешность t_int2 ,обусловленная теплоотводом по арматуре термоприемника [7], определяется по формуле

,

где t_газа и t_возд – температура среды и в месте соединения его со стенкой трубы, C;

l – длина погруженной части термоприемника, l = 0,11 м;

Р – периметр термоприемника, Р =  ∙d_н =   0,02 = 0,063 м;

– коэффициент теплопроводности арматуры (прил. 1, табл. 2), для стали 12Х18Н10Т = 31,5 Вт/(м∙К);

ch (Х) – косеконс функции;

F – площадь поверхности сечения трубки арматуры, м².

,

где d_в - внутренний диаметр равный 0,016 м.

Для нашего примера

м².

^оС.

(Погрешность от теплоотвода по арматуре маленькая, поэтому в дальнейших расчетах её не учитываем.)

1.8. Величина погрешности t_int3, возникающая от торможения потока газа на термоприемнике, определяется по формуле:

,

где r – коэффициент восстановления, при полном торможении потока, r = 1;

- скорость газа, м/с;

с_m – молярная изобарная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(кг∙К).

Для дымовых газов при t_газа = 300 C, с_m = 1910 Дж/(кг∙К) (прил. 4, табл. 1, 2).

Для нашего примера

C.

1.9. Суммарная погрешность контактного метода измерения температуры определяется по формуле

где b – коэффициент, который равен 1,1.

Для нашего примера

t_int = = 3,05 C.