Курсовая работа: Определение температуры факела исследуемой газовой горелки

Разница между истинной и цветовой температурами является следствием селективности излучения. Для серых и абсолютно черных тел эти температуры равны и никаких поправок на неполноту излучения вводить не требуется; более того, нет необходимости знать абсолютную величину излучательной способности.

При селективном излучении различия между истинной и цветовой температурами будут тем больше, чем сильнее изменение по спектру излучательной способности . В этом случае нет необходимости опреде­лять абсолютную величину излучательной способности тела; достаточно лишь знать, как она изменяется при переходе от одной длины волны к другой, т. е. отношение . Оно является значительно более стабильной величиной при изменении внешних условий. Поэтому цветовая температура тела меньше зависит от состояния поверхности тела, чем его яркостная и энергетическая температуры.

В равной мере и ослабление в промежуточной среде значительно слабее сказывается на цветовой температуре, если промежуточная среда для выбранных участков спектра не сильно селективна. Если

В зависимости от свойств тела его цветовые температуры в различных областях спектра могут существенно отличаться друг от друга. Поэтому очень важно выбрать область спектра, для которой достаточные энергетические возможности сочетаются с минимальной селективностью излучательной способности. Методика определения цветовой температуры может быть использована не только в видимой, но и в инфракрасной области спектра как для высоких, так и для сравнительно низких температур.

По определению понятия цветовой температуры должно иметь место равенство:

     (27)

(полагаем равным единице). В области применимости закона Вина

откуда         (28)

После логарифмирования и очевидных преобразований получим

                 (29)

При учете ослабления в среде

     (30)

Для определения истинной температуры легко получить зависимость

    (31)

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ И ЭКСПРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА.

2.1. Экспериментальная установка, методика проведения измерений, анализ полученных данных.

Нами проводилось исследование распределения температуры в факеле при температуре окружающей среды 20º С и давлении 768 мм.рт.ст. вертикально стоящей горелки. В качестве горючего используется газ пропан-бутан, окислитель – воздух. Установка заземлена.

Достижение максимальной температуры для данной горелки возможно при оптимальном соотношении для нее подачи окислителя и горючего. Смешивание компонентов происходит в рабочем теле горелки, таким образом в сопло поступает приготовленная смесь исходных компонентов.

Подача воздуха регулируется увеличением зазора диффузора горелки, обеспечивая подсос воздуха в рабочий объем горелки. Возможность регулировки таким образом достаточно ограничено и осуществляется в основном изменением подачи горючего (газ) в рабочий объем.

Получаемое пламя на протяжении значительного удаления от сопла стабильно и осесимметрично. Это разрешает нам применять термоэлектрические методы определения температур.

В качестве термоэлектрического датчика применяется хромель-алюмеливая дифференциальная термопара.

Рабочий спай термопары, помещаемый в пламя крепится на электроизолирующей тефлоновой подставке, закрепленной на препаратоводителе, конструкция которого позволяет перемещение в горизонтальном и вертикальном направлениях, что дает возможность измерить температуру в любой точке факела.

Регистрирование т.э.д.с. осуществляется с помощью осциллографа С1-112А.

                                         4         

                                                                                          1

                                        3                                                  

                                   8

                    7

                                                                                              5

                                                                                                       6

                                           14

                      9

                                                                                                    10

                15

                12

                                                                                                   11

                                                                                                  2

                                                                                            2

                                      8

                     13

Рис.4. Схема экспериментальной установки

Распределение температур в факеле исследуемой горелки

                                                           2      5               1  

                                                           5

                                      2        5      3            1

                                     2           5         3            1

          2          5   4     3           1

Рис.5. Экспериментальное распределение температур в факеле исследуемой горелки.

Таблица 1.

			Сечение 2 r, mm T, Cº 5 0 560 3 4,63 650 2 5,69 600 1 6,81 420

Из газового баллона (13) газ (пропан-бутан) через редуктор (12) по трубопроводу подавался на игольчатый клапан (9), с помощью которого регулировалась подача газа. После чего газ пройдя через ротаметр (11) и пламегаситель (10) попадал в горелку. Пламегаситель использовался с целью безопасности, для предотвращения эффекта попадания пламени в трубопровод и возгорания газового баллона. Рабочим телом в пламегасителе являлась металлическая стружка (в частности алюминий) с большим коэффициентом теплопроводности.

Конструкция горелки допускала регулировку (14) подачи окислителя (воздуха) в рабочий объем, тем самым достигалось стационарность пламени. Хромель-алюмелевая рабочая термопара (4) устанавливалась на препаратоводитель (1), который позволял перемещать рабочий спай термопары по вертикали и горизонтали с точностью 0,05 см. Второй спай термопары (5) находился при 0º С, чтобы исключить влияние температуры окружающей среды.

Для того чтобы определить структуру факела нами была измерено распределение температур в четырех горизонтальных сечениях. Четко прослеживается наличие малого конуса в пламени горелки.

Сечения выбирались следующим образом: 1-е сечение – у сопла горелки, 2-е сечение – на расстоянии 1/3 от общей длины малого конуса, 3-е сечение - на расстоянии 2/3 от общей длины малого конуса, 4-е сечение – у вершины малого конуса.

Анализируя полученные результаты можно сказать следующее: структура полученного факела аналогична найденной в работе [6].

Геометрически факел представляет собой сужающуюся вверх осесимметричную  структуру. Внутри большого конуса светло-синего цвета наблюдается малый конус насыщенного голубого цвета. У вершины малого (внутреннего) конуса располагается зона желтого свечения, соответствующая найденной в работе [6], разложению тяжелых углеводородов и образованию конденсированной дисперсной фазы углерода (сажи).

Факел стабилен приблизительно до зоны желтого свечения, располагающейся на расстоянии  ¾ длины факела начиная от торца сопла. Данная нестабильность обусловила невозможность получения точных значений температур верхней четверти факела.

По оси факела температура возрастает по мере  удаления от торца сопла и достигает максимума у нижнего края зоны желтого свечения. Далее наши измерения регистрируют падение температуры пламени, таким образом данные по указанной выше причине (нестабильности) мы привести не можем.

Нам представляется, что как и в работе [6], механизм горения у торца сопла носит диффузионный характер. По мере продвижения по факелу, перемешивание окислителя и горючего улучшается и определенную роль начинает играть кинетическая составляющая, что и обуславливает повышение температуры у края зоны желтого свечения. Что касается постоянства температуры внешнего края большого конуса, то она по нашему мнению определяется диффузией окислителя из внешнего воздуха в зону реакции.

Таким образом полученная структура факела по нашему мнению обусловлена режимом диффузионного горения горючего (пропан-бутановая смесь применяемая в бытовой технике и окислителя воздуха) с постепенным увеличением кинетической составляющей (и температуры), которая достигает максимального значения у нижнего края зоны желтого свечения.

ГЛАВА 3. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ БЕСКОНТАКТНЫХ ОПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ ИССЛЕДУЕМОЙ ГОРЕЛКИ.

Полученные экспериментальные результаты хорошо описывают распределение температур в факеле стационарного пламени. В случае быстропротекающих процессов или нестационарных пламен необходимо получить более высокое временное и пространственное разрешение.

Это может быть достигнуто с помощью применения оптических методов определения температур.

Таким образом нами для получения распределения температур в верхней части пламени предполагается использовать методику предложенную в [8].

Изготовленный в указанной работе прибор и предложенная методика разрешает регистрировать излучение из локального объема факела одновременно на четырех длинах волн. Это с одной стороны разрешает избежать ошибок при случайном попадании одной из рабочих длин волн на длину волны соответствующей линии излучения элемента или в полосу излучения молекулярного спектра.

Таким образом применение указанной методики позволит нам в дальнейшем регистрировать быстропротекающие процессы. И в случае необходимости совместив одну из рабочих длин волн с характеристической линией излучения исследуемой реакции сделать заключение о механизме горения интересующего нас вещества.

Выводы.

1.  Примененная методика измерения температур с помощью термопары дала возможность получить распределение температур в факеле в зоне его устойчивого горения.

2.  Определенное распределение температур в факеле позволяет сделать предположение о диффузионном режиме горения у сопла, и последующим возрастанием роли кинетического режима горения с увеличением расстояния от торца факела, и достижения максимальных температур у нижнего края зоны желтого свечения.

3.  Постоянство температур внешней поверхности факела определяется диффузией кислорода из внешнего воздуха в зону реакции.

4.  Для получения более точных результатов и в частности в верхней части факела, необходимо применять методики определения температур оптическими методами, обладающими большим пространственным и временным разрешением.

Список литературы

1.  Линевег Ф. Измерение температур в технике. Справочник. Пер. с нем. 1980 544 с.

2.  Температурные измерения. Справочник. /Геращенко О.А., Гордов А.Н., Еремина А.К. и др.: Отв.ред. Геращенко О.А.-Киев: Наукова думка, 1989.-709 с.

3.  Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Сборник задач и вопросов по теплотехническим измерениям и приборам: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., доп. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 328 с.

4.  Брамсон М.А. Инфракрасное излучение нагретых тел. М.: Наука, 1964.-223 с.

5.  Свет Д.Я. Оптические методы измерения истинных температур. М.: Наука, 1982. 296 с.

6.  Гейдон А.Г., Вольфгард Х.Г. Пламя, его структура, излучение и температура. Пер. с англ. –М: Металлург, 1959. -333 с.

7.  Шейндлин А.Е. Излучательные свойства твердых материалов. М.: Энергия, -1974. 350 с.

8.  Трофименко М.Ю. Особенности структуры факела пламени твердых смесевых систем на основе перхлората аммония. Диссертация на соискание степени канд. физ.-мат. наук, Одесса, 1999.