RU1820239C - Способ определени температуры газа в технологическом агрегате - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : через сопло вдувают в агрегат струю газа, в качестве которого используют газ, не реагирующий со средой в агрегате. Поддерживают посто нными режимы истечени  струи. Измер ют характерную частоту в спектре шума струи и одновременно состав газа в агрегате. По измеренным значени м определ ют температуру газовой среды. В качестве газа струи может быть использован газ того же состава , что и газова  смесь в агрегате. Вдувание газ.а может приводитьс  в изотермических услови х. 5 з.п. ф-лы.

Description

И

Изобретение относитс  к технике, св занной с определением температуры газа, и может быть использовано в технологических агрегатах и устройствах, где в св зи с особенност ми их работы Необходим контроль температуры газовой фазы;

Цель изобретени  - повышение точности в услови х быстрого изменени  темпэ- ратуры среды в технологическом агрегате.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в качестве газа струи используют газ, не реагирующий с газовой средой в агрегате, при отсутствии контакта струи с поверхно- стью раздела фаз в нем на начальном участке струи, длина которого не меньше 8-12 или 43-60 диаметров ее сечени  на срезе сопла соответственно дл  дозвукового и сверхзвукового режимов истечени , параметры которых поддерживают посто нными , одновременно с измерением характерной частоты измер ют состав газа

в агрегате, а температуру газа определ ют по формуле

Тг Тго г Кг ( fr )3 Mro Kro fro

где. ,, Kro, Кг - молекул рный вес и показатель адиабаты, определ емые по составу газа в технологическом агрегате соответственно при начальной, заданной температуре газа ив момент, измерени  характерной частоты в спектре шума струи;

fro - характерна  частота в спектре шума при температуре Тго.

Вдувание газовой струи могут проводить в изотермических услови х при равенстве начальной температуры газа в агрегате температуры торможени  струи. В качестве газа струи может использоватьс  газ того же

00

to

о

го со

N0

состава, что и газова  среда в технологическом агрегате.

В качестве характерной частоты акустического спектра струи используют частоту, соответствующую максимальной величине общего уровн  шума струи, частоту, соответствующую максимальной интенсивности широкополосного шума скачков уплотнений , частоту любого тона с интенсивностью, превышающей уровень шума на близких частотах в спектре шума струи.

При истечении струй в окружающее пространство формируетс  слой смешени  их с окружающей средой, который представл ет собой набор вихревых структур (мод), конвертируемых вдоль струи с характерными скоростью и масштабом, который соответствует определенной частоте в спектре шума струи. Развитие сло  смешени  струи  вл етс  отражением параметров струи на срезе сопла и параметров окружающей среды. При неизменных параметрах струй на срезе сопла (температуреторможени , полном располагаемом переладе давлени  и состава истекающего газа) по изменению сло  смешени  струи, т.е. по изменению спектра шума последней, можно судить об изменении параметров окружающей среды, например ее температуры.

ЗНа  величину характерной частоты fro акустического спектра при известных температуре Тго и составе firo и Кто газовой фазы в любой момент времени т0 и С помощью замера нового значени  этой характерной частоты fr акустического спектра струи в момент времени т при неизменных параметрах ее истечени  (температуры торможени , полного располагаемого перепада давлени  и составе истекающего газа) и определени  состава газовой фазы /иг и Кг в этот момент времени, можно определить температуру газовой фазы из выражени 

Тг

& ftto

Кг ( fr чЗ Kro V fro }

На начальном участке струи генерируетс  максимальный уровень шума. При кон такте его с поверхностью раздела фаз (сплошные поверхности газ-жидкость или газ-твердое), а также в случае протекани  химических реакций, например горени , на этом участке струи возможно изменение, например, подавлени  интенсивности характерной частоты в спектре шума струи, что существенно затрудн ет контроль частоты по спектр у-и-может привести с неприемлемым погрешност м измерений.

Как показали проведенные экспериментальные исследовани , длина начального участка струи газа, не реагирующего с газовой фазой и не контактирующего с поверхкост ми раздела фаз, зависит от начальных условий и режимных параметров их истечени . Однако если длина этого участка составл ет не менее 8-12 диаметров начального сечени  дл  дозвуковых струй и

0 43-60 дл  сверхзвуковых, то наличие (даже измен ющей свое положение во времени) преграды в струе не приводит к искажению спектра шума свободной струи.

Определение характерной частоты аку- ,

5 стйческого спектра струи при услови х изо- термического истечени  последней ,(при температуре газовой фазы Тго. равной температуре торможени  струи) позвол ет провести тарировку вне агрегата например в

0 лабораторных услови х.

При использовании дл  определени  температур по предлагаемому способу дозвуковых газовых струй, обычно имеющих максимальную интенсивность шума пор д5- ка 100 ДБ, контроль характерной частоты в спектре их шума затруднен, т.к. общий уровень шума некоторых технологических агрегатов имеет более высокую интенсивность. Более того, при использовании дозвуковых

0 струй контроль температуры может осуществл тьс  только по частоте, соответствующей максимальной величине интенсивности общего уровн  шума. Использование сверхзвуковых струй, интенсивность шума (осо5 бенно дискретных тонов), которые гораздо выше интенсивности общего шума агрегатов , позвол ют повысить и надежность кон- , трол . .

При определении температуры газовой

0 фазы по предлагаемому способу в качестве характерной частоты может быть выбрана люба  частота, соответствующа   рко выраженной (точечной) амплитуде в спектре, по которой удобно осуществл ть контроль с не5 обходимой точностью. Кроме частоты, соответствующей максимальной интенсивности общего уровн  шума, в качестве характерной частоты в спектре шума сверхзвуковой струи дл  этих целей может быть исполь0 зована также частота, соответствующа  максимальной интенсивности широкополосного шума скачков уплотнений, или частота любого высокого тона (дискретного тона) с интенсивностью, превышающей уро5 вень шума на близких частотах в спектре.

Предлагаемый способ определени  температуры газа осуществл етс  следующим образом. :

В технологическом агрегате устанавли- . вают стационарное или периодически вводимое в .него сопло или используют одно из существующих (технологических) сопел, через которое в газовую фазу агрегата вдувают струю инертного по отношению к последней газа, не контактирующую с поверхност ми раздела фаз на рассто нии 8- 12 диаметров ее сечени  на срезе сопла до дозвуковых режимов истечени  или 43-60 диаметров дл  сверхзвуковых.

В любой момент времени Г0 , при котором известны температура Тго и состав (мот лекул рный вес-pro и показатель адиабаты Кго) газовой фазы агрегата с помощью микрофона и анализатора спектра шума измер ют .значение fro характерной частоты в спектре шума струи. Дл  определени  нового значени  температурыТг газовой фазы в любой другой момент времени г с помощью указанного известного устройства измер ют значение fr этой характерной частоты в спектре шума струи при неизменных параметрах ее истечени  (температуры торможени , полного располагаемого перепада давлени  и состава истекающего газа);

Одновременно С замером fr с помощью известного устройства, например газоанализатора , производ т замер состава газовой фазы. По известному составу газовой фазы с помощью известных зависимостей или таблиц справочных данных определ ют ее молекул рный вес цг и показатель адиабаты Кг (без учета его зависимости оттемпе- ратуры). По указанной формуле определ ют значение температуры TY и затем, использу  известную температурную зависимость Кг от Тг, по этой же формуле определ ют значение Тг методом последовательного приближени  до необходимой степени точности. Использование микропроцессорной техники позвол ет осуществить .совокупность приведенных операций за доли секунды. .

Приме р. Дл  контрол  температуры газовой фазы по предлагаемому способу в газоотвод щем тракте кислородного конвертера , где был установлен стационарный пробоотборник газа масс-спектрометра (погрешность определени  11 компонентов газа 0,5%) с вмонтированной хромель- алюмелевой термопарой дл  определени  температуры газов, было установлено калиброванное коническое сопло Лавал  (с числом Маха сопла Ма 2,0), защищенное от эрозийного и теплового воздействи  при .помощи вод ного охлаждени . Сверхзвукова  стру  воздуха свободно (без контакта с поверхност ми раздела фаз) истекала в последнюю . Полный располагаемый перепад давлений поддерживалс  посто нным в

процессе измерени  и составл л П0 7, температура торможени  струи Т0 ЗООК. При условии изотермического истечени  (То Тг) сверхзвуковой струи в газ того же 5 состава (воздух) частота дискретного тока ffo, выбранна  в качестве характерной и измеренна  с помощью микрофона, который устанавливалс  в водоохлаждаемом волноводе, с последующим анализом сигна0 ла на анализаторе составила 26 кГц.

Замеренные частоты fr. температура Тг и состав (молекул рный вес/4- и показатель адиабаты Кг) с помощью масс-спектрометра в области начального сечени  струи

5 составили fr 39,1 кГц; Тг 1204 К;

//г 31,2 кг/кмоль; Кг 1,288. Рассчитанна 

no fr температура газовой фазы составила

ТГ 1195К.

. Предлагаемый способ обеспечивает

0 точное определение температуры агрессивных газовых сред благодар  исключению необходимости посто нного учета геометрических и режимных параметров струи и может использоватьс  в широком диапазо5 не значений температур газовой фазы, перекрывающем соответствующие рабочие диапазоны дл  большинства технологических агрегатов.

Форм у л а и з о б ре т е н и  

0 1. Способ определени  температуры газа в технологическом агрегате, включающий вдувание в него через сопло газовой струи и измерение характерной частоты fr в спектре шума струи, о т ли чающийс  тем,

5 что. с целью повышени  точности в услови х быстрого изменени  температуры среды в технологическом агрегате, в качестве газа струи используют газ, не реагирующий с газовой средой в агрегате, при отсутствии

0 контакта струи с поверхностью раздела фаз в нем на начальном участке струи, длина которого не меньше 8-12 или 43-60 диаметров ее сечени  на срезе сопла, соответственно дл  дозвукового и сверхзвукового

5 режимов истечени , параметры которых поддерживают посто нными с измерением характерной частоты измер ют состав газа в агрегате, а температуру газа Тг определ ют по формуле

0

Кг

Кг ., fr

/ т у ( fro

где fin ,, Кго, Кг - молекул рна  масса и показатель адиабаты, определ емые по составу газа в технологическом агрегате соответственно , при начальной, заданной температуре ТГо газа и в момент измерени  характерной частоты в спектре шума струи;

f0 - характерна  частота в спектре шумаиспользуют частоту, соответствующую мак- струи при температуре Тто.симальной спектральной интенсивности

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с  шума струи.

тем, что вдувание газовой струи провод т . Способ по пп. 1-3, о т л и ч а ю щи йизотермических услови х при равенстве на- 5с   тем, что в качестве характерной частоты

чальной температуры газа в агрегате темпе-используют частоту, соответствующую макратуре торможени  струи.симальной интенсивности широкополосно3 . Способ по пп. 1 и 2, от л и ч а ю щи-го шума скачков уплотнений,

и с   тем, что в качестве газа струи исполь-6. Способ по пп. 1-3, отличаю щийзуют газ того же состава, что и газова  среда 10с   тем, что в качестве характерной частоты

в технологическом агрегате.йспо ьзуютчастоту любого тона с интенсив4 .Способ по пп.1-3, отличающий-ностью, превышающей уровень шума на

с   тем, что в качестве характерной частотыблизких ей частотах в спектре шума струи.