ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Экспериментальные установки для исследования перемешивания теплоносителя из "Нестационарный тепломассообмен в пучках витых труб " Конструктивная схема экспериментального участка с пучком из 127 витых труб представлена на рис. 2.2. Пучок установлен в кожух шестигранного поперечного сечения. Нагреваемые витые трубы были подобраны с одинаковой толщиной стенки путем измерения их сопротивления для обеспечения равномерного тепловыделения по радиусу нагреваемой зоны пучка . К нижним концам труб из стали Х18Н10Т припаивались серебряным лрипоем медные наконечники. К верхним, нагретым до высоких температур концам труб приваривались никелевые наконечники. Эти наконечники подключались к токоподводящим шинам. [c.60] Температура на выходе из пучка измерялась с помощью 10 хромель-алюмелевых термопар, установленных в центрах ячеек при значениях относительного радиуса г/= 0,073, 0,128, 0,193, 0,265, 0,334, 0,408, 0,479, 0,624, 0,770, 0,916 и размещенных на координатном устройстве. Здесь же с помощью трубок Пито диаметром 1 мм и толщиной стенки 0,1 мм и с использованием индуктивных дифференциальных датчиков измерялись скоростные напоры. [c.60] При измe eнии мощности тепловой нагрузки во времени постоянный расход теплоносителя через пучок поддерживается с помощью критической дроссельной щайбы, на которой устанавливается при течении воздуха сверхкритический перепад давлений. [c.62] Витые трубы овального профиля с максимальным размером овала d = 12, 3 мм и толщиной стенки 0,2 мм имели длину 0,5 м. Исследования нестационарного тепломассопереноса проводились на пучках труб с относительными щагами закрутки 5 = 12с (Fr = dd = 220) и S/d = = 6,1 (Рг у = 57). В выходном сечении пучка большие оси овалов труб были параллельны между собой и образовывали сплошные щелевые каналы для прохода теплоносителя. [c.62] Опыты по нестационарному тепломассопереносу проводились для случая изменения мощности тепловой нагрузки во времени по следующей методике. Устанавливался определенный расход воздуха. На регуляторе мощности задавались два значения нагрузки (в относительных величинах от максимальной мощности генератора), в пределах которых реализовывался нестационарный процесс. В течение этого переходного процесса измерялись поля температуры теплоносителя на входе и выходе из пучка труб, а также падение напряжения на пучке и сила тока через нагреваемую зону пучка. Управление экспериментом и измерение параметров осуществлялось автоматически при нажатии кнопки ПУСК с помощью аппаратуры, описанной в следующем разделе. [c.62] На рис. 2.3 представлен 37-трубный экспериментальный участок. На этом участке исследовались нестационарные поля температуры на выходе из него при изменении тепловой нагрузки во времени при нагреве всех витых труб пучка. Опыты проводились на пучке с S/d = 12,2 и длиной 1 м. Толщина стенок труб равна 0,5 мм, эквивалентный диаметр пучка э = 7,39 мм и пористость пучкаш = 0,52. Кожух из коррозионно-стойкой стали имел продольный разъем, герметизация которого обеспечивалась укладкой шелковой нити, пропитанной термостойким лаком. Внутренняя сторона кожуха была покрыта слоем окиси алюминия для электроизоляции труб пучка от кожуха. Отверстия для отбора статического давления были расположены в кожухе на расстояниях 0,35 и 0,75 м от входа в пучок. Для компенсации термического расширения кожуха к его нижней части припаивалась гофрированная мембрана, которая препятствовала также утечке воздуха в полость между кожухом и несущим корпусом. Пространство между кожухом и корпусом заполнялось стекловолокнистым теплоизолирующим материалом. Крепление витых труб к токоподводам принципиально не отличалось от крепления витых труб в участке, представленном на рис. 2.2. На выходе из пучка для измерения скорости и температуры размещались зонды, смонтированные между токоподводом и выходным патрубком. Ориентация труб в пучке была аналогична ориентации труб установки на рис. 2.2. В семи трубах пучка на расстояниях от входа 0,04, 0,072, 0,130, 0,210, 0,350, 0,540, 0,7, 0,8 м приваривались к внутренней поверхности термопары для измерения температуры стенки. Пучок труб нагревался постоянным током от преобразователя типа АНГМ-30. Изменение мощности тепловой нагрузки во времени осуществлялось по экспоненциальному закону с помощью специального электронного устройства. [c.62] Кожух устанавливался на входной камере 5, в которой установлены входной профиль 6 для плавного, поджатия струй и труба подвода нагретого воздуха 8, а через входную камеру выводились термопары 7. [c.65] Конструкция позволяла перемещать трубу нагретого воздуха (внутренний диаметр трубы 34 мм) поперек сечения. Эксперименты проводились при трех расположениях горячей струи. Воздух нагревался примерно до 400 К, и его расход составлял примерно 7% расхода холодного воздуха. Скорость горячей струи и основного потока во время эксперимента были одинаковы. [c.65] Принцип действия элементов системы следующий. Регулятор мощности, структурная схема которого представлена на рис. 2.6, после установки необходимых пределов и постоянной времени изменения мощности генератора и полярности напряжения, а также подачи импульса запуска с преобразователя информации, начинает изменять мощность генератора. Регулятор напряжения стабилизирует выходную мощность генератора при изменении сопротивления нагрузки, прзволяет запрограммировать закон изменения выходной мощности по заданным парамерам во времени и отслеживать его выполнение, а также реверсирует напряжение генератора. [c.66] Поскольку при токе Ьозбуждения, равном нулю, генератор имеет напряжение на выходе 0,5 В, для его компенсации предусмотрена цепь реверсного возбуждения. Источник питания вырабатывает стабилизированное напряжение для питания электрической схемы. Слежение за исполнением заданного закона изменения мощности и ее стабильной величины в каждый момент времени при реализуемой замкнутой цепи регулирования обеспечивается опережающей по фазе обр атной связью. Импульс запуска может, помимо преобразователя информации, выдаваться самим регулятором мощности или от ИВК-2. [c.67] При исследовании стационарного перемешивания регулятор напряжения используется для стабилизации выходной мощности генератора. [c.67] Нормализатор сигналов термопар состоит из 20 усилителей тока Ф7025/5, не имеющих между собой гальванической связи. Напряжение от термопары подается по экранированной линии на вход усилителя. Нагрузкой усилителя является стабильный проволочный резистор. Для устранения влияния электрических полей на входе и выходе усилителя установлены интегрирующие конденсаторы с постоянной времени 2 мс каждый, а корпусы усилителей заземлены. Коэффициент усиления по напряжению устанавливается потенциометром. Класс точности усилителя 0,05. [c.67] Для измерения давления используются индуктивные датчики с электронньпи преобразователем давления KWS6A-5. Перепады давлений измеряются с помощью индуктивных дифференциальных датчиков РД1 на 0,01, 0,1 и 1 атм (0,98, 9,8 и 98 кПа), а статическое давление — тензометрическими датчиками РЗМ с номинальным диапазоном 10 атм (980 кПа). Погрешность индуктивных датчиков 1%, тензометрических датчиков — 0,25% и преобразователя — 0,5%. Инерционность электронной схемы 0,2 мс. Частотная полоса измеряемого давления на уровне 3 дБ — 1,5 кГц. [c.67] Делитель частоты импульсов запуска предназначен для формирования импульсов запуска циклов для работы с необходимой частотой. Эксперименты при исследовании нестационарного перемешивания теплоносителя проводились с частотами 50, 20, 10, 5 и 1,Гц. [c.69] Дополнительная связь ЭВМ с объектом состоит из двух цифровых вольтметров (см. рис. 2.5), измеряющих напряжение и ток генератора (напряжение на шунте). С выходов вольтметров в цифровой форме через схему сопряжения сигналы подаются на входы регистров. Процессор рассчитывает мощность генератора, сравнивает с заданной по программе мощностью для каждого момента времени и выдает ошибку напряжения в цифровом коде на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). С выхода ЦАП ошибка напряжения в. аналоговой форме поступает на вход внешнего управления регулятора мощности. Регулятор мощности устанавливает ток возбуждения генератора, интегрируя ошибки напряжения. Управление переходным процессом при изменении мощности тепловой нагрузки и сбором информации можно осуществлять также с дисплея через выходной регистр КАМАКа. [c.71] На Точность полученных результатов при исследовании нестационарного процесса перемешивания теплоносителя в пучках витых труб большое влияние может оказывать также инерционность датчиков при измерении температуры. Действительно, если при. измерении стационарных температур погрешности измерения возникают из-за отвода тепла от датчика теплопроводностью благодаря лучистому теплообмену с окружающими телами и других причин, то при измерении изменяющейся во времени температуры возникают дополнительные погрешности, обусловленные нестационарностью процесса. Это связано с тем, гго королек термопары не успевает принять температуру окружающей среды мгновенцо и сигнал, возникающий в термочзшствительном элементе, регистрируется с запаздыванием из-за его термической инерционности. Имеющиеся в настоящее время методы расчета инерционности термопар позволяют сделать только приближенные оценки нестационарной погрешности измерения температуры теплоносителя—воздуха. С увеличением коэффициента теплоотдачи инерционность уменьшается, как и с уменьшением диаметра королька термопары (толщины проволоки). На погрешности измерения может сказываться также темп нагрева пучка витых труб, или производная температуры теплоносителя во времени. [c.71] Таким образом, разработанные экспериментальные установки и участки с автоматизированной системой для сбора, обработки опытных данных и управления экспериментом позволяют с достаточной точностью исследовать нестационарные процессы тепломассопереноса. [c.72] Для экспериментального исследования нестационарного перемешивания теплоносителя при изменении его расхода во времени бьша разработана специальная аппаратура и проведена оценка инерционности системы измерения расхода теплоносителя. Изменение расхода теплоносителя (воздуха) на экспериментальной установке достигалось изменением площади проходного сечения трубопровода. Устройство для изменения площади проходного сечения трубопровода устанавливалось перед измеряющим расход воздуха стандартным соплом. Такие сопла обычно используются для измерения расхода газа и устанавливаются на трубопроводах диаметром не менее 50 мм. В данных экспериментах воздух подводился к пучку труб по трубопроводу диаметром 150 мм. Погрешность измерения расхода по перепаду давлений на сопле с учетом влияния возмущений, вносимых размещением этого устройства Перед соплом, не превышала 1,5%. Конструктивная схема устройства для резкого изменения расхода воздуха представлена на рис. 2.12, а принципиальная схема установки с этим устройством на рис. 2.13. [c.72] Вернуться к основной статье