Санкт-ПетербурзькийДержавний Політехнічний Університет
Тепловіперетворювачі
Роботу виконала
Курашин О.В.
Електромеханічнийфакультет
Група № 3025/1
2007р.
Зміст
1. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ РОЗРАХУНКУ ТЕПЛОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ
2. ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ, ЇХ ПРИНЦИП ДІЇ ІЗАСТОСОВУВАНІ МАТЕРІАЛИ
3. Подовжувальні термоелектродах, ВИМІРЮВАЛЬНІ ЛАНЦЮГА,ПОХИБКИ термопари
4. Терморезистора, ОСНОВИ ЇХ РОЗРАХУНКУ І ЗАСТОСОВУЮТЬСЯ МАТЕРІАЛИ
5. ВИМІРЮВАЛЬНІ ЛАНЦЮГА терморезистора
6. РІЗНОВИДИ термочутливих елементів
1.ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ РОЗРАХУНКУ ТЕПЛОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ
Основнимрівнянням теплового перетворення є рівняння теплового балансу,фізичний зміст якого полягає в тому, що вся теплота, яка надходить допреобразователю, йде на підвищення його теплосодержания Q TC і, отже, якщотепломісткість перетворювача залишається незмінним (не змінюється температура іагрегатний стан), то кількість надходить в одиницю часу теплотидорівнює кількості віддається теплоти. Теплота, що надходить до перетворювача,є сумою кількості теплоти Q Е ,створюваної в результаті виділення в ньому електричної потужності й кількостітеплоти Q T 0 , надходить у перетворювач або віддається їм у результатітеплообміну з навколишнім середовищем;
Тепломісткістьпри незмінному агрегатному стані речовини залежить від маси т тапитомої теплоємності з матеріалу перетворювача і пов'язане зтемпературою в перетворювача формулою Q TC = тсОё.
Теплообмінздійснюється трьома різними способами.
Притеплообміні допомогою теплопровідності перенесення теплової енергії відбуваєтьсятільки шляхом взаємодії часток, що знаходяться в безпосередньомузіткненні один з одним і мають різну температуру. Теплообмін шляхомтеплопровідності в чистому вигляді має місце тільки в твердих тілах.
Теплообмін за допомогоюконвекції відбувається шляхом переміщення матеріальних часток і може мати місцетільки в рідинах або газах. Якщо причиною руху потоків рідини або газує неоднакова щільність середовища, викликана різницею температур, тоговорять про природної конвекції. Рух потоків під дією зовнішніх причинвикликає вимушену конвекцію
Третімспособом теплообміну є теплообмін за допомогою випромінювання. Тепловевипромінювання являє собою потік електромагнітних хвиль, випромінюваних тілом зарахунок його теплової енергії та повністю або частково поглинаються іншими тілами.
Напрактиці зазвичай має місце комбінація різних способів теплообміну, які можутьбути враховані приводяться нижче формулами.
Теплопровідність. Поширеннятеплоти шляхом теплопровідності визначається законом Фур'є q = - К grad в, де q -тепловий потік, що представляє собою кіль-кість теплоти, переданої в одиницючасу через одиницю поверхні, Вт/м 2 ;
grad Q = d Q / dl - градієнт температури; О» - теплопровідність,Вт/(м-К).
Теплопровідністьзалежить від природи і фізичного стану речовини. В анізотропних тілах воназалежить, крім того, від напрямку поширення теплоти. Кращимипровідниками теплоти є метали. Найменшою теплопровідністю володіютьгази. Для газів теплопровідність залежить не тільки від складу газу, але і відтемператури і при великому розрідженні - від тиску.
Повнийтепловий потік, створюваний різницею температур, визначається формулою
, (1)
де G Q - теплова провідність середовища; R Q - теплове (або термічне) опір середовища.
Теплова провідність середовища залежитьвід теплопровідності, яка визначається за довідковими даними з геометричнихспіввідношень, і для її розрахунку можна використовувати аналогічні формулиелектричної провідності, замінивши питому провідність теплопровідністю.
Тепловапровідність плоскої стінки G Q = lS/d, де S - площа стінки; d - товщина стінки.
Тепловапровідність циліндричної стінки
,
де l - довжина циліндра; d 1 , d 2 - діаметри відповідно зовнішній і внутрішній стінокциліндра.
Конвекція. Повний тепловоїпотік в результаті тепловіддачі визначається формулою Ньютона
, (2)
де x - коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м 2 -К);S - поверхня тіла; О”Q - різниця температур навколишньогосередовища і тіла. Коефіцієнт тепловіддачі при природній і вимушеної конвекціїрозраховується на підставі теорій теплового і геометричного подоб.
Приштучної конвекції при поперечному омивання циліндра (рис. 1, а)коефіцієнт тепловіддачі для газів виражається формулою
(3)
де d - діаметр циліндра; П… - швидкість руху газу; ОЅ -кінематична в'язкість, рівна абсолютної в'язкості, віднесеної до щільностіречовини; О» - теплопровідність газу; з і п єфункціями швидкості газу і розмірів циліндра і визначаються по предвари тельнорозрахованої величиною, званої критерієм Рейнольдса, Re = vd / v , з табл. 11-1.
а) б)
90 В° 70 В°50 В° 30 В° 10 В°
Рис. 1
Q, Вє C
ОЅ, 1.10 -6
м 2 /c
О», 1.10 -2
Вт/(м В· К)
0
13,70
2,33
20
15,70
2,56
100
23,78
3,02
500
80,40
5,46
Таблиця1 Таблиця 2
R е
з
n
5-80
0,93
0,40
80-5 В· 10 3
0,715
0,46
5.10 3
0,226
0,60
Прирозрахунку коефіцієнта тепловіддачі для рідини в формулу. (3) входить критерійПрандтля Рг:
.
КритерійПрандтля Рг = v / a залежить від кінематичної в'язкості ОЅі температуропровідності а, фізичний зміст якої полягає в тому, щовона є мірою швидкості вирівнювання температур різних точок рідини.Температуропровідність залежить від теплопровідності О» , щільності у та питомої теплоємності речовини з і визначається формулою а = О»/(су).
Наведеніформули для тепловіддачі циліндра в поперечному потоці справедливі тільки длявипадку, коли кут П€, складений віссю циліндра і напрямком потоку ізваний кутом атаки, дорівнює 90 В°. Залежність коефіцієнта тепловіддачі від кутаатаки представлена ​​на рис. 1, б.
У табл.2 і 3 наведені основні параметри відповідно сухого повітря при Р =10 5 Па і води, необхідні для розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі.Температура, при якій визначені параметри в табл. 11-2 і 11-3, вважаєтьсяяк середньоарифметична температура тіла і середовища.
Таблиця3
Q, Вє C
ОЅ, 1.10 - 6
м 2 /c
О»,
Вт/(м В· К)
а, 1.10 - 7
м 2 /c
