Читать онлайн «Методы и приборы для измерения тепловых величин в энергоемких технологических процессах. Учебное пособие»

Н. В. Пилипенко МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ВЕЛИЧИН В ЭНЕРГОЕМКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ Санкт–Петербург 2017 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УНИВЕРСИТЕТ ИТМО Н. В. Пилипенко МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ВЕЛИЧИН В ЭНЕРГОЕМКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ Учебное пособие Санкт–Петербург 2017  Пилипенко Н. В. Методы и приборы для измерения тепловых величин в энергоемких технологических процессах. Учебное пособие – СПб: Университет ИТМО, 2017. – 65 с. Учебное пособие разработано в соответствии с программой курса «Теория и техника физического эксперимента» Федерального образовательного стандарта Министерства высшего образования и науки РФ для магистров по направлению подготовки 16. 03. 01– «Техническая физика» и 14. 03. 01 – «Ядерная энергетика и теплофизика». В настоящее издание вошли лекции, посвященные методам и приборам для из- мерения тепловых величин энергоемких технологических процессов. Рекомендовано к печати Ученым советом факультета лазерной и световой ин- женерии 19 января 2017 года, протокол №1 Университет ИТМО – ведущий вуз России в области информационных и фотонных технологий, один из немногих российских вузов, получивших в 2009 году статус национального исследовательского университета. С 2013 года Университет ИТМО – участник программы повышения конкурентоспособности российских университетов среди ведущих мировых научно–образовательных центров, известной как проект «5 в 100». Цель Университета ИТМО – станов- ление исследовательского университета мирового уровня, предприниматель- ского по типу, ориентированного на интернационализацию всех направлений деятельности.  Университет ИТМО, 2017 Пилипенко Н. В. , 2017  СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3 1 МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ И СТРУКТУРНО–ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ... ... ... ... ... 5 1. 1 ПРОЦЕССЫ ТЕПЛОПЕРЕНОСА В СВОБОДНЫХ ПСЕВДООЖИЖЕННЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5 1. 2 МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ВНЕШНЕГО ТЕПЛООБМЕНА В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПСЕВДООЖИЖЕННЫХ СИСТЕМАХ (ПОС) ... . 8 1. 2. 1 Постановка задачи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 9 1. 2. 2 Преобразователи тепловых потоков (ПТП) типа плоской вспомогательной стенки с внутренним источником теплоты ... . 10 1. 2. 3 Цилиндрические ПТП с внутренним источником теплоты ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 16 1. 3 МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ... ... ... . . 17 ХАРАКТЕРИСТИК ПТП ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 17 1. 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВНЕШНЕГО ТЕПЛООБМЕНА В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОС ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 20 1. 5 МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ СТРУКТУРНО–ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПСЕВДООЖИЖЕННЫХ СИСТЕМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 23 1. 5. 1 Методы и устройства для определения порозности и высоты псевдоожиженного слоя (ПС) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 24 1. 6 ВЫВОДЫ К ПЕРВОМУ РАЗДЕЛУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 27 2 МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА И КАЧЕСТВА ПСЕВДООЖИЖЕНИЯ В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВКАХ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 28 2. 1 ГРАДИЕНТНЫЕ СОСТАВНЫЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПТП (ВПТП)... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 28 2. 1. 1 Динамические характеристики ВПТП и результаты численного моделирования ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31 2. 2 ЗОНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНИХ И МГНОВЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛООБМЕНА ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 36 2. 3 ДИНАМИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛООТДАЧИ В ПСЕВДООЖИЖЕННЫХ СЛОЯХ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . 39 3  2. 4 СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПСЕВДООЖИЖЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИХ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ... ... ... ... ... ... ... ... ... 41 2. 4. 1 Способы количественной оценки качества процесса... ... ... 43 псевдоожижения ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 43 2. 4. 2 Способ управления технологическими процессами в аппаратах с псевдоожиженным слоем на основе параметров качества ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 45 2. 5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ДИАГНОСТИКА ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ ... ... 48 2. 5. 1 Исследования при сжигании низкосортного топлива ... ... . . 49 2. 5. 2 Исследования при обжиге дисперсного материала ... ... ... ... 53 2. 5. 3 Исследования при дегидратации дисперсных материалов 54 2. 6 ВЫВОДЫ КО ВТОРОМУ РАЗДЕЛУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 57 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 58 4  1 МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ И СТРУКТУРНО–ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Под энергоемкими технологическими процессами в данной работе будем понимать процессы сжигания низкосортного топлива, обжиг и сушку дисперс- ных материалов, которые проходят в промышленных установках.