Учебно-методический комплекс дисциплины «Теплотехнический эксперимент» для специальности «6М071700» — «Теплоэнергетика» (стр. 9 )

Газоанализаторы ти­па ТП имеют электрическую схему, практи­чески устраняющую влияние напряжения питания и окружающей температуры.

Магнитные газоанализаторы приме­няются для измерений содержания кислоро­да в газовых смесях. Эти газоанализаторы используют отличие магнитной восприимчи­вости кислорода от магнитной восприимчи­вости других газов. Чаще всего применяются термомагнитные газоанализаторы, исполь­зующие явление термомагнитной конвекции, которая возникает в неоднородном магнит­ном поле при наличии температурного гра­диента. Термомагнитная конвекция для кон­кретной конструкции газоанализатора при постоянном расходе, давлении и температуре газовой смеси определяется концентрацией кислорода.

Оптические газоанализаторы исполь­зуют зависимость изменения какого-либо оптического свойства анализируемой газо­вой смеси от изменения содержания измеряе­мого компонента. Широкое распространение получили оптико-акустические газоанализа­торы, которые применяются для измерения содержания многоатомных газов в сложных газовых смесях. В основу работы оптико - акустических газоанализаторов положено из­мерение степени поглощения лучистой энер­гии в инфракрасной части спектра. Большин­ство многоатомных газов имеет спектры поглощения, лежащие в инфракрасной обла­сти. Эти спектры поглощения могут частич­но накладываться друг на друга. Количество энергии, поглощенное каким-ли­бо компонентом газовой смеси, зависит от спектра поглощения, толщины слоя погло­щающего газа и от концентрации данного компонента. Если в газовой смеси имеются составляющие, обладающие спектрами поглощения, частично накладывающимися на спектр поглощения анализируемого компо­нента или близко расположенными к нему, то в схеме газоанализатора предусматри­ваются фильтровые камеры, заполненные этими неанализируемыми компонентами. Эти фильтровые камеры позволяют практи­чески исключить влияние неанализируемых компонентов на результаты измерения.

Фотоколориметрические газоанализаторы применяются для измерения микроконцентрации газов (0,01 % и менее). В основе колориметрического метода лежит зависимость поглощения излучения от плотности окраса индикаторного раствора. В фотоколориметрические газоанализаторы газовая смесь барботирует через индикаторный раствор, который обладает избирательной реакцией с анализируемым компонентом газовой смеси, приводящей к образованию цветовых соединений в растворе. Таким образом, концентрация анализируемого компонента определяет интенсивность окраски раствора, которая измеряется по поглощению лучистой энергии с помощью фоточувствительных элементов. Приборы этого типа могут быть непрерывного и периодического действия.

Термический анализ представляет собой метод физико-химического анализа, основанный на регистрации тепловых эффектов превращений, протекающих в исследуемом образце в условиях программируемого изменения температуры.

Качественный термический анализ является одним из наиболее распространенных методов, используемых, например, при построении диаграмм фазовых равновесий.

Количественный термический анализ широко используется для определения теплофизических характеристик веществ (энтальпии, энтропии, теплоемкости и т. д.).

Наибольшее распространение получил метод дифференциального термического анализа (ДТА), заключающийся в одновременной регистрации температуры исследуемого образца и разности температур исследуемого вещества и эталона, находящихся в одинаковых тепловых условиях.

Наряду с ДТА, широко развит метод исследования вещества и процессов, происходящих при изменении массы, который носит название термовесового или термогравиметрического анализа (ТГА). Метод заключается в регистрации изменения массы образца при изменении условий, в которой находится навеска исследуемого вещества.

Некоторые характерные задачи, решаемые при использовании метода ДТА

-определение температур фазовых переходов 1-го рода (плавления, кристаллизации, кипения и проч.);

-определение теплофизических характеристик веществ (энтальпии, энтропии, теплоемкости и т. д.);

-изучение тепловых эффектов химического взаимодействия конденсированных веществ или конденсированных веществ и газовой фазы (окисление, восстановление и проч.).

Некоторые характерные задачи, решаемые при использовании метода ТГА

-определение растворимости газов в твердом или жидком веществе при изменении температуры и состава газовой фазы;

-исследование скорости и глубины взаимодействия конденсированных веществ или конденсированных веществ и газовой фазы (окисление, восстановление и проч.) при изменении температуры и состава газовой фазы;

-изучение условий термического или химического разложения (диссоциации) природных и синтетических химических соединений;

-изучение химической стойкости веществ к воздействию ряда газов при изменении температуры среды.

Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции:

методы технических средств контроля качества воды, пара, конденсата и концентрации растворов.

Вопросы для самоконтроля

1 На чем основано действие термохимических и термокондуктометрических газоанализаторов?

2 На чем основано действие оптических газоанализаторов?

3 Описать методику подготовки газовых проб для анализа.

4 Как осуществляется анализ состава многокомпонентных жидкостей и газов?

5 Какие существуют методы технических средств контроля качества воды, пара, конденсата и концентрации растворов?

6 Для чего предназначен прибор фотоколориметр?

7 Что понимают под термическим анализом?

Рекомендуемая литература

Краткий справочник по теплотехническим измерениям. -  М.: Энергоатомиздат,1990. – 320 с.

Теплотехнические измерения  и приборы. – М.: Энергия, 1978. – 704 с. 

Тепло – и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник. Под общей ред. и . – М.: издательство МЭИ, 2007. – 564 с.

Электронная энциклопедия энергетики.

Модуль 2. Методы экспериментальных исследований

Лекция 7

(1 час; 8 неделя)

Тема. Методы экспериментального изучения процессов

тепло– и массообмена

Вопросы

1 Экспериментальное исследование полей температуры, давления, скорости. Зондовые и бесконтактные методы измерения.

2 Методы исследования полей плотности и концентрации в потоках жидкости, газа и структуры двухфазных потоков.

3 Экспериментальное исследование конвективного тепло-и массообмена, тепломеры и датчики тепловых потоков. Измерение нестационарных тепловых потоков.

4 Методы определения коэффициентов теплоотдачи. Определение коэффициентов теплоотдачи методами стационарного и регулярного режимов. Альфакалориметры, Определение коэффициентов сопротивления трения при внешнем обтекании тел внутри каналов.

5 Методы определения характеристик массообмена.

Натурные исследования проводятся на действующем объекте с целью изучения его характеристик или отдельных частей под влиянием всей совокупности протекающих в нем и в окружающей среде процессов. Мо­дельные исследования проводятся на спе­циально создаваемых стендах - эксперимен­тальных установках (ЭУ) с целью детального изучения отдельных процессов, протекающих в реальных объектах. В особо ответственных случаях (например, при изучении надежности ядерных энергетических реакторов) создают­ся крупномасштабные ЭУ, максимально при­ближенные к натурным объектам. Опы­тный участок (ОУ) или ячейка - основная часть ЭУ, в которой реализуется иссле­дуемый процесс тепло - или массообмена.

Моделирование подразделяется на физи­ческое и по методу аналогий. По отношению к процессам в натурных объектах в ОУ осу­ществляется их моделирование на основе правил подобия:

- процессы в ОУ и в натур­ном объекте должны быть одинаковой физи­ческой природы (при физическом моделиро­вании) или же могут быть разной физиче­ской природы, но должны описываться оди­наковыми математическими уравнениями (при моделировании по методу аналогий);

- условия однозначности для процессов в ОУ и в натурном объекте должны быть подобными;

- безразмерные комплексы, со­ставленные из размерных величин, входящих в описание условий однозначности, должны быть равны или изменяться в одинаковых пределах.

Измерение полей температуры произво­дится в основном подвижными зондами, на конце которых располагаются датчики тем­пературы: термоэлектрические преобразова­тели, термопреобразователи. Чувстви­тельный элемент датчика (спай термоэлек­трического преобразователя, нить или плен­ка термопреобразователя сопротивления) на­ходится в контакте с исследуемой жид­костью.

Форма и размер чувствительного элемен­та определяются особенностями исследуемо­го поля температуры.

Модельная жидкость (МЖ), заменяю­щая рабочую среду натурного объекта, под­бирается из соображений удобства при со­блюдении правил моделирования. Учиты­вается доступность, нетоксичность, хорошая изученность теплофизических свойств. Во многих случаях в качестве МЖ используется вода. Если для изучаемого процесса харак­терна существенная зависимость от индиви­дуальных особенностей рабочей жидкости в сочетании со свойствами поверхности об­текаемого тела (например, при кипении), то при проведении таких исследований исполь­зуют рабочую жидкость и материал поверх­ности натурного объекта.

Метод аналогий применяют в случае, когда удается подобрать процесс, существен­но легче осуществляемый экспериментально, чем натурный, и когда экспериментальные измерения проводят с большей точностью, чем в натурных условиях. Так, для исследо­вания температурных полей в твердых телах и неподвижных жидкостях широкое распро­странение получили электрические модели (электроинтеграторы). Решение таких задач в строгой математической постановке осу­ществляется с использованием ЭВМ. На электрических моделях можно получить предварительные сведения об изучаемых по­лях. Результаты измерений можно также ис­пользовать в итерационных расчетах на ЭВМ в качестве первого приближения.