Приложение С (справочное). Тепловой расчет (линия пробоотбора)

Приложение С
(справочное)

Тепловой расчет (линия пробоотбора)

С.1 Нагрев линии пробоотбора - пример расчета

Охлаждение передаточной трубки (ТТ) вызывает эффект термофоретического осаждения частиц. Количество осадка может быть рассчитано по формуле Киттельсона

,

(С.1)

где - концентрация частиц на выходе;

- концентрация частиц на входе;

- температура газа на выходе;

- температура газа на входе.

Параметры, использованные в формулах (С.2) и последующих:

а - коэффициент термической аккомодации (приспособления);

- площадь поверхности стенки линии пробоотбора;

- скорость (средняя) газа в линии пробоотбора;

- удельная теплоемкость (при постоянном давлении) (Дж/кгК);

d - диаметр линии пробоотбора;

l - длина линии пробоотбора;

- массовый расход (кг/с);

- число Нуссельта;

р - давление газа (кг);

- число Прандтля;

Q' - потеря тепла газового потока (Вт);

- число Рейнольдса;

- температура газа (среднемассовая);

- температура стенки;

v - вязкость ();

- теплопроводность газа (Вт/(мK);

- плотность газа ();

- тепловой поток () через стенку.

Для расчета теплового потока линии пробоотбора может быть использована формула С.2. При этом предполагается, что сечение линии пробоотбора постоянно.

,

(С.2)

где

;

(C.3)

(С.4)

С помощью этих формул рассчитывается коэффициент термической аккомодации а.

Далее, рассматривая массовый расход в линии пробоотбора как

(С.5)

получаем потерю тепла газа между входом в линии пробоотбора и выходом из нее

(С.6)

Из условия энергетического баланса следует, что тепловой поток через стенку должен быть равен потере энергии газа. Это означает

(С.7)

Используя другое определение числа Нуссельта, можно вычислить разность между температурами стенки и газа по формуле

(C.8)

В следующем примере предполагается наличие термофоретического осаждения менее 5% частиц и соответственно

;

;

.

С.2 Расчет теплопередачи

Расчет основывается на предположении о полностью сформированном турбулентном течении в трубе с гладкими стенками.

Температура отработавших газов = 600 K = (среднемассовая температура на входе).

Минимальная температура пробы на выходе, при которой термофоретическое осаждение не превышает 5%

K.

Средняя K.

При усредненных условиях (561,5 К):

- плотность = 0,63 ;

=1043 Дж/(кгK);

= 0,0445 Вт/(мK);

= 0,68;

= 52 м/с;

= 4,4 .

Дополнительная информация:

- диаметр линии пробоотбора d - 0,01273 м;

- длина линии пробоотбора I = 1,524 м;

- площадь стенки линии = 0,0609 ;

- площадь поперечного сечения линии пробоотбора .

Массовый расход через линию пробоотбора

 кг/с

Потери тепла через стенку рассчитываются следующим образом:

Следовательно, при данной величине удельного массового расхода температура стенок линии пробоотбора должна поддерживаться на уровне, как минимум, 487 K.

Рекомендуется соблюдать следующие соотношения между максимальной температурой отработавших газов и минимальной температурой стенок линии пробоотбора.

Таблица С.1 - Рекомендуемые соотношения между максимальной температурой отработавших газов и минимальной температурой стенок

Максимальная температура отработавших газов		Минимальная температура стенок
К	°С	К	°С
548	275	473	200
723	450	623	350
873	600	748	475

До того, как в линию пробоотбора начнет поступать газ, температура ее стенок должна стабилизироваться. Рекомендуется, чтобы при любой температуре отработавших газов потенциал для термофоретического осаждения не превышал 5%. Для этого нужно, чтобы температура пробы отработавших газов на выходе (т.е. на входе в передаточную трубку) составляла не менее 87% от температуры на входе в пробоотборник.