管道流体温度测量误差分析与计算

　　室外管道内流体温度的测量,由于受大气温度及风速等的影响,测温套管向大气环境的散热量增加,导致测温误差增大。分析了影响测温误差的各种因素。尤其测温套管是流体温度测量常见的一种测量方式,因此对测温套管所引起的测温误差进行分析是非常必要的。

　　1、物理模型

　　测定管道中流体温度时,为了保护温度计,在管道中装有测温套管[1],其结构尺寸见图1,物理模型见图2。

　　现场的温度测量中,由于暴露于空气中的套管部分0 H 较长,必然向外界环境散失一定的热量,测温套管位于管道内外两部分可以看作两个肋。两个肋通过肋根a的换热量分别为1 q 、2 q ,见图2。而肋根温度0 t 与管道内壁温度w1 t 不相等, 必然有热量的传递, 其换热量为q3 。忽略0 t 在范围g d 内的变化,并且认为管道与测温套管保温效果良好。

　　2、数学模型

　　2 . 1 能量方程

　　由能量守恒定律可知

　　1 3 2 q + q = q , (1)

　　式中: 1 q —管道内流体通过套管向肋根传递的热量,J; 2 q —套管肋根向管道外空气传递的热量,J; 3 q —金属管道向肋根传递的热量,J。

　　2 . 2 各环节通过肋根的换热量计算

　　(1)管内流体通过套管向肋根的散热量1 q 。

　　式中: 1 m 系数; 2 l —金属套管的导热系数,W/(m·K); f t —管内流体温度,℃; l1 a —管道内部流体横掠套管表面换热系数,W/(m2·K); 1 H —肋管在管内的长度,m; c A —金属套管截面积c l A = p ´d ´d 1 ,m2; l d —金属套管的壁厚,m; 1 d —金属套管外径,m。

　　(2)通过肋根向外界环境¥ t 的散热量2 q ; 2 q 计算方法与1 q 计算方法相同。

　　(3)金属管道向肋根的导热3 q 。见图(3)。为了研究由管道内壁b点到肋根a点的换热量 ,见图3(a)。将管道沿cd线切开,平展见图3(b),考虑到对称性,只研究四分之一区域,又由于x l >> y l ,并且肋根各点温度均为0 t ,将四分之一圆弧展开为直线,所研究区域为3(c)所示。其中/ 4 1 l D y = p 、/ 4 0 1 l d y = p ,取=1 x l m;进行网格剖分。导热微分方程如式(3),边界条件如(4)。

　　考虑到该平面与管道内流体,管道外空气的换热,对于结点(i,j)将这部分换热量折合成内热源;

　　式中: 3 l —金属管道的导热系数,W/(m·K); w1 t —管道内壁温度,℃。; g1 a —管内流体与管内壁的强制对流换热系数,W/(m2·K); i j t , —结点(i,j)温度,℃; ¥ t —大气环境温度,℃; 1 D —管道内径,m; 0 D —管道外径,m。