Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса и постановка задач исследования 13
1.1 .Приборы и методы экспериментального исследования полей температуры для получения информации о процессах теплообмена 13
1.2. Тепловизионная диагностика полей температуры 20
1.3 Выводы и постановка задач исследований 29
2. Разработка тепловизионных методов исследования процессов теплообмена 32
2 1 .Выбор геометрических параметров и теплофизических свойств материала сетки-преобразователя для тепловизионных исследований процессов теплообмена 32
2.2. Методика тепловизионной диагностики процессов теплоотдачи 46
2.3.Погрешности тепловизионного метода определения локальных коэффициентов теплоотдачи 55
2.4.Способ тепловизионной диагностики с использованием пассивного датчика теплообмена 51
3. Тепловизионные исследования процессов теплообмена 64
3.1 .Тепловизионное исследование интенсивности теплового взаимодействия ортогональных газовых потоков при различных закрутках газового потока 64
3.2. Исследование локальной нестационарной теплоотдачи при свободной конвекции для шара в газе 85
З.З.Тепловизионное исследование процесса теплообмена при вынужденной конвекции воздуха 95
4. Практическая апробация разработанных тепловизионных методик в промышленности 102
4.1.Тепловизионное обследование котельного агрегата №4 Новосвердловской ТЭЦ марки БКЗ-320-140 с целью определения характеристик теплоотдачи 102
4.2. Пассивный датчик теплообмена для исследований нестационарных быстропротекающих процессов 107
Заключение 127
Список литературы
- Тепловизионная диагностика полей температуры
- Методика тепловизионной диагностики процессов теплоотдачи
- Исследование локальной нестационарной теплоотдачи при свободной конвекции для шара в газе
- Пассивный датчик теплообмена для исследований нестационарных быстропротекающих процессов
Введение к работе
Определение нестационарных характеристик теплообмена в настоящее время встало в ряд определяющих задач при создании новых образцов техники и технологий в различных областях: энергетической, авиакосмической, химической, атомной и т.д. Это вызвано резким увеличением интенсивности передаваемых энергетических потоков и повышением требований к качеству регулирования процессов на всех этапах эксплуатации.
При этом наиболее сложная проблема возникает при исследовании закономерностей теплообмена газовых потоков в нестационарных режимах, что определяется, во-первых, значительным усложнением математической постановки задачи, и, во-вторых, отсутствием эффективных методик изучения нестационарных термических измерений.
В настоящее время наиболее эффективным является направление экспериментальных исследований с применением тепловизионной диагностики [1], метода, имеющего неоспоримые преимущества перед традиционными методами измерений:
- высокое быстродействие;
- одномоментное измерение температур в большой области;
- метод бесконтактный и дистанционный;
- высокая чувствительность тепловизоров (до 0,03 °С)
- относительно широкий диапазон рабочих температур современных тепловизоров (-20.. .+50 °С);
- широкий диапазон измеряемых температур (-30.. .+2000 °С);
- мобильность и небольшие массогабаритные показатели аппаратуры;
- возможность контроля изделий из различных материалов с различными формами поверхности;
- возможность диагностики движущихся объектов;
- высокая информативность и др. Основные принципы функционирования и положения о методах теплового неразрушающего контроля, а также возможности его применения представлены в работах ученых О.Н.Будадина, В.П.Вавилова, В.И.Дроздова, В.И.Сухарева, Ж.Госсорга, Дж.Ллойда, А.И.Потапова, Н.А.Бекешко, Д.А.Рапопорта, Л.З.Криксунова, Р.К.Ньюпорта, Г.А.Падалко, В.И.Колганова, Е.В.Абрамовой, Т.Е.Троицкого-Маркова, и многих других отечественных и зарубежных исследователей.
Суть тепловизионного метода или метода тепловизионнои температурометрии заключается в регистрации полей распределения температур на поверхности контролируемого объекта в инфракрасном спектре. После частотного преобразования изображение выводится на экран в понятном для человека образе, близком к фотографическому [2].
Недостатком существующих методов тепловизионного контроля является возможность визуализации температурных полей лишь на поверхности объекта и, соответственно, невозможность регистрации температурного поля газового потока вблизи этой поверхности без дополнительных устройств. В то же время, именно эта информация позволяет наиболее корректно определить, в результате действия каких факторов сформировалось то или иное распределение температуры на исследуемой поверхности.
Группой исследователей УГТУ-УПИ было запатентовано устройство, позволяющее визуализировать газовые потоки с помощью тепловизионнои съемки [91], это сетка-преобразователь температур (СПТ). Однако требования, предъявляемые к материалу и геометрическим характеристикам СПТ, были изложены достаточно расплывчато, что ограничивало возможности ее применения для исследования некоторых видов теплового взаимодействия.
В то же время, изобретение СПТ позволило одноментно в результате тепловизионнои съемки получать картину распределения температур как на поверхности твердого тела, так и в газовом потоке, омывающем его. Логично предположить, что наличие такой информации может стать предпосылкой к созданию новых методов исследования процессов теплообмена. Кроме того, совместное использование тепловизора и сетки-преобразователя температур позволяет визуализировать процесс изучаемого взаимодействия. Возможность получения принципиально новых сведений о теплообмене привело к постановке целей и задач данной диссертационной работы.
Целью работы явилось установление закономерностей теплового взаимодействия газовых потоков между собой и с поверхностью твердого тела с помощью тепловизионной термометрии.
В задачу исследования входило:
1. Разработка тепловизионного метода диагностики, позволяющего одномоментно измерять температурные поля твердого тела и газового потока, омывающего его и определять характеристики процесса теплообмена. Усовершенствование методики выбора характеристик сетки-преобразователя температур (СПТ), которая используется при тепловизионных исследованиях процессов теплоотдачи.
2. Исследовать процессы теплообмена в случае теплового взаимодействия нестесненных газовых потоков с помощью тепловизионной диагностики.
3. Исследовать процесс естественной конвекции от шара и установить особенности нестационарного охлаждения.
4. Исследовать и визуализировать процесс вынужденной конвекции в трубе круглого сечения.
5. Разработать устройство для определения характеристик теплоотдачи по результатам тепловизионных обследований для случая отсутствия возможности использования СПТ, например, при диагностике крупного промышленного оборудования. Автоматизировать процесс получения информации с данного устройства. Научная новизна работы заключалась в следующем:
1) разработаны методика и устройство для нахождения распределения локальных тепловых потоков и коэффициентов теплоотдачи по термограммам процессов в газовых потоках (патенты РФ на изобретение № 2255315 и №2279063);
2) создана и экспериментально подтверждена методика выбора геометрических и теплофизических свойств сетки-преобразователя температур с учетом газодинамических и тепловых характеристик потока;
3) установлена картина развития термической структуры течения при свободной конвекции от шара в неограниченной неподвижной газовой среде. Определены локальные мгновенные характеристики теплоотдачи и обобщены в виде уравнения подобия;
4) выявлена термографически динамика (тепловизионный фильм) развития теплового пограничного слоя в цилиндрическом канале в начальной стадии развития процесса теплопередачи;
5) установлены зависимости интенсивности теплового взаимодействия двух неограниченных ортогональных потоков в покоящейся среде от конструктивных и режимных факторов процесса. Показано, что применение закрутки потоков как средства интенсификации позволяет улучшить теплообмен в 3,6 раз по сравнению с прямоточным течением с теми же характеристиками. Полученные данные обобщены уравнением подобия для относительной интенсивности теплообмена.
Практическая значимость предлагаемого метода тепловизионной диагностики заключается в возможности проводить оперативное синхронное исследование температурных полей на поверхности твердотельных объектов и в газовых потоках, ее омывающих. На основании этих данных определяются характеристики теплоотдачи как при стационарном, так и нестационарном режимах при различных видах конвекции, что в свою очередь делает возможным получение новой информации о формировании теплового режима различных видов оборудования. Созданы датчики теплообмена, применение которых позволяет в значительной мере повысить достоверность результатов исследований, снизить временную составляющую обследований зданий и тепломеханического оборудования, повысить точность и упростить процесс измерений и, что самое главное, исключить привлечение нормативных показателей для определения характеристик теплоотдачи, получая их непосредственно при проведении тепловизионного обследования объекта.
Основные результаты диссертационной работы и ее отдельные положения были представлены и получили одобрение на V Международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях (NPNJ-2004) (Самара, 2004 г.); П Российской конференции «Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках» (Москва, 2004 г.); Всероссийских научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2002, 2004 гг.); студенческой научной конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Екатеринбург, 2003 г.); XV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И.Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (Калуга, 2005 г.); XVII Российской научно-технической конференции с международным участием «Неразрушающий контроль и диагностика» (Екатеринбург, 2005 г.); HEFAT 2005 4th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics (Cairo, Egypt, 2005 г.).
Работы с участием автора в области тепловизионного контроля удостоены на Всероссийской выставке научно-технического творчества студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение и нетрадиционные возобновляемые источники энергии» двух дипломов за I место в номинации «Диагностика и измерительные устройства для целей энерго- и ресурсосбережения» (Екатеринбург, 2003 и 2005 гг.).
По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ в научных журналах и сборниках трудов, материалах Российских и Международных конференций. По теме диссертации получены патенты РФ №2255315, зарегистрированный в Государственном реестре изобретений 16.07.2004г и № 2279063 от 27.06.06.
Тепловизионная диагностика полей температуры
Тепловизионная диагностика является, пожалуй, единственным на сегодняшний момент способом получения как качественной, то есть визуальной, картины распределения температур по поверхности, так и количественной оценки этого распределения.
Тепловизионные измерения осуществляются посредством тепловизора или, как его еще называют, термографа. Это устройство, предназначенное для наблюдения нагретых объектов по их собственному тепловому излучению. Тепловизоры преобразуют инфракрасное излучение в видимое в реальном масштабе времени при высокой скорости смены информации. Тепловое изображение формируется оптической системой, которая собирает инфракрасное излучение объекта, осуществляет спектральную фильтрацию, сканирует и фокусирует его на многоэлементную мозаику чувствительных площадок приемника излучения. Чувствительные элементы приемника излучения преобразовывают оптические сигналы в электрические, которые усиливаются и воспроизводятся на видеоконтрольном устройстве.
Первоначально большее распространение имели приборы с оптико-механическим сканированием, которое осуществлялось с помощью поворотных зеркал или призм. Такие приборы имели низкую частоту формирования термографического кадра. Появление новых полупроводниковых элементов привело к созданию большого числа многоэлементных приемников излучения, построенных в виде матриц или линеек из чувствительных элементов - фотодиодов, пироэлектрических приемников излучения, МДП-транзисторов (ПЗС-матрицы), болометров [53-57] - которые имеют частоту формирования кадра, сравнимую с телевизионной. Это позволило исследовать высокоскоростные процессы.
Визуальным представлением распределения температуры по поверхности является термограмма. Она снабжается температурной шкалой, которая устанавливает связь между температурой на поверхности объекта и цветом на термограмме.
Достоинством тепловизоров является их способность функционировать в любое время суток при неблагоприятных условиях и давать наглядное представление о распределении температуры на поверхности исследуемого объекта.
Как правило, диапазон измеряемых тепловизором температур находится в пределах от -40 до нескольких сотен градусов Цельсия. Область регистрируемых температур обусловила спектральный диапазон, в котором работают тепловизоры: в соответствии с законом смещения Вина максимум интенсивности излучения для указанных температур лежит в диапазоне от 7,5 мкм до 15 мкм [22]. Относительно невысокая интенсивность излучения в этом диапазоне требует использования возможно более широкого спектрального диапазона для получения информации о температурном поле изучаемого объекта. Поэтому, как правило, тепловизоры по методу измерения являются пирометрами частичного излучения [10]. Это обстоятельство приводит к тому, что в ряде случаев в процессе измерения температурных полей появляются дополнительные погрешности, связанные с прохождением излучения через атмосферу [22,25].
При использовании тепловизора для наблюдения объектов с малых расстояний поглощение излучения в атмосфере сказывается мало, и только на дистанциях в десятки метров этот эффект нужно принимать во внимание. Однако на практике скомпенсировать или учесть его влияние при обработке результатов из-за сложного характера зависимости и изменения поглощения во времени затруднительно [22].
Основными технологическими характеристиками тепловизоров являются: поле зрения — плоские углы по вертикали и горизонтали, ограничивающие область пространства, попадающего в кадр и определяемые фокусным расстоянием объектива и линейными размерами чувствительной площадки приемника изучения; - угловое разрешение — минимальный угол между двумя точечными излучателями, расположенными на фоне с постоянной заданной температурой, и воспроизводимыми раздельно в тепловизионном изображении; порог температурной чувствительности - минимальная разность температур объекта и фона (среды), вызывающая сигнал на выходе приемника излучения, численно равный среднеквадратичному значению шума.
Так как тепловизионные измерения относятся к классу пирометрических, то для получения точной температурной картины необходимо при проведении натурных обследований учитывать фоновые факторы, влияющие на получение достоверных результатов тепловизионной съемки. Некоторые из них играют значительную роль при тепловизионных обследованиях крупных объектов с больших расстояний в естественных условиях, и, в то же время, являются несущественными для лабораторных исследований. К ним относится, например, ослабление инфракрасного излучения при прохождении сквозь атмосферу, которое пренебрежимо мало на близких расстояниях.
Систематические погрешности тепловизионной съемки определяются конструкцией прибора, а также зависят от соответствия его характеристик (разрешающей способности, поля зрения, требуемого диапазона температур и т.п.) свойствам объектам.
Методика тепловизионной диагностики процессов теплоотдачи
Для исключения динамического влияния сетки на скорость и направление течения газового потока, необходимо выполнение следующего условия: L»d, (2.1.13) что из опыта применения проволочных анемометров приводит к соотношению L 10 d. Для проведения экспериментов была выбрана сетка с квадратной ячейкой и L = 1,3 мм, что в 13 раз превышает толщину нити и позволяет исключить искажение структуры потока.
Необходимо отметить, что из двух характеристик для конкретной сетки величин — толщины одной нити и коэффициента теплопроводности материала нитей - определяющей является последняя. Из формул (2.1.1), (2.1.10) и (2.1.13) следует, что оптимальной будет сетка с очень тонкой нитью, имеющей низкое значение коэффициента теплопроводности.
Соблюдение вышеперечисленных требований к материалу и размерам ячейки сетки, используемой для тепловизионнои диагностики газовых потоков, позволяют визуализировать газовые потоки с требуемым разрешением и достаточной достоверностью.
С целью определения характеристик теплообмена твердого тела с окружающей средой была разработана и запатентована методика тепловизионнои диагностики процессов теплоотдачи [99]. Она представляет собой синтез традиционной методики тепловизионнои диагностики твердых тел и изучения газового потока с помощью сетки-преобразователя температур.
Совместная тепловизионная диагностика температурных полей твердого тела и омывающего его газового потока позволяет определять основные теплотехнические характеристики: коэффициент локальной теплоотдачи и локальные плотности тепловых потоков. Тепловизионная съемка исследуемого объекта в непрерывном режиме предоставляет информацию об изменении вышеперечисленных характеристик с течением времени.
Достоинством тепловизионного метода диагностики процессов теплоотдачи является высокая чувствительность, основанная в данном случае на характеристиках прибора Иртис-200 и, что особенно важно, отсутствие искажений, стандартно вносимых термопарами [14, 15] в пристенный газовый поток.
Сравнение бесконтактных оптических методов [36] с тешювизионньш методом диагностики показало, что последний является более доступным, относительно дешевым, не требует специальных лабораторных условий и -что существенно - может применяться для исследований нестационарных процессов теплоотдачи.
Методика измерения локальных характеристик теплоотдачи от твердого тела к газовому потоку с помощью тепловизора, разработанная совместно с Зайцевым А.В. (пат. РФ № 2255315 «Способ тепловизионной диагностики процессов теплоотдачи» [99]), заключается в следующем. Преобразователь температуры в виде сетки из нитей размещается в газовом потоке. Характеристики СПТ выбирались по методике, описанной в разделе 2.1. Расположение сетки в потоке приводит к прогреву (охлаждению) нитей СПТ и формированию на сетке температурного поля, идентичного температурному полю газового потока.
Тепловое излучение от нитей, интенсивность которого пропорциональна температуре потока, автоматически преобразуется в термограмму путем амплитудного преобразования интенсивности сигнала в температурную шкалу. Графическое представление распределения температуры по поверхности - термограмма - снабжается цвето-температурной шкалой, которая устанавливает связь между температурой на поверхности объекта и цветом на термограмме. Таким образом, производится одномоментное измерение и визуализация температурного поля газового потока в большом числе точек области течения, размеры которой определяются размерами сетки.
На рис. 2.2.1 приведена схема получения термоизображения процесса теплоотдачи от твердого тела к газовому потоку. Тепловизионная камера 3 фиксирует температурное поле на поверхности исследуемого объекта 1, обращенной к объективу, и температурное поле газового потока вблизи поверхности объекта. Определяющее значение для точности замеров температурных полей твердого тела и газового потока на данном этапе термографирования имели условия сопряжения сетки-преобразователя температур с исследуемой поверхностью твердого тела.
Для исключения искажения тепловой картины газового потока вследствие прямой передачи тепла путем теплопроводности по нитям сетки необходимо предотвратить непосредственный контакт твердого тела с сеткой-преобразователем температур.
Исследование локальной нестационарной теплоотдачи при свободной конвекции для шара в газе
Коэффициент CRTS характеризует изменение интенсивности теплообмена вследствие закрутки потоков при прочих равных условиях. То есть, этот показатель при наличии сведений об исходной интенсивности процесса (в рассматриваемом случае - прямоточные струи) позволяет пересчитать ее на случай применения управляющего воздействия. Он показывает, во сколько раз изменилась интенсивность теплообмена закрученных потоков по сравнению с прямоточными при прочих равных условиях в заданной области температур.
Следует подчеркнуть, что тепловизионным методом в данном случае выявляются не количественные характеристики процесса взаимодействия ортогональных потоков, а возможность интенсификации теплообмена между ними с помощью изменения их геометрических и режимных параметров.
Экспериментальные данные для расчета CRTS были получены в результате обработки термограмм процесса взаимодействия потоков при различных условиях, рассмотренных в разделе 3.1.1. Обработка термоизображений производилась в программе NewIRTIS. Полученный визуальный образ представлял собой одномоментное измерение температурного поля газового потока (рис. 3.1.11, а).
Термограммы обрабатывались с использованием программной функции «Изотерма», которая позволяла выделять области, ограниченные линией с заданной температурой (рис. 3.1.11,6).
Для определения интенсивности теплового взаимодействия при смешении двух перпендикулярных потоков использовалась методика, разработанная на кафедре теоретической теплотехники УГТУ-УПИ. В ее основе лежит положение о том, что чем выше интенсивность теплового взаимодействия, тем меньше размеры области потока, ограниченной изотермой с заданной температурой [120].
Для реализации данной методики на каждой термограмме выбиралась область в диапазоне температур 27,5 - 27,7 С. В результате была получена узкая полоса, серединная поверхность которой рассматривалась как изотермическая поверхность со средней температурой краев 27,6 С. Затем курвиметром был измерен периметр изотермической поверхности, а планиметром площадь фигуры, ограниченной изотермической поверхностью (на рис. 3.1.11, б она окрашена серым цветом). Обработка результатов измерений проводилась в следующей последовательности. Рассчитывался газодинамический параметр q - соотношение скоростных напоров в каналах 1 и 2: где р - плотность, кг/м3; w - скорость воздушного потока, м/с.
Для горизонтального и вертикального завихрителей находился конструктивно-режимный параметр крутки nCRs по формулам (3.1.2-3.1.4).
Рассчитанные значения соотношения параметра q при различных комбинациях конструктивно-режимного параметра крутки nCRS для горизонтального и вертикального завихрителей приведены в таблице П2.1 приложения 2.
Было установлено, что на значение коэффициента соотношения теплового взаимодействия CRTS влияют конструктивно-режимные параметры крутки («ся ) обоих завихрителей, величина соотношения скоростных напоров q и относительное расстояние z, = —, то есть CRTs=f(nCRsb nCRs2,q, z.), (3.1.20)
На рис. 3.1.12. показана зависимость коэффициента соотношения теплового взаимодействия CRTS от параметра q при различных конструктивно-режимных параметрах вертикального завихрителя ис&/ для z,=8 и г,=16.
Обработка результатов измерений выявила разделение поля экспериментальных данных по CRTS в зависимости от величины конструктивно-режимного параметра крутки вертикального завихрителя «с/&/
Пассивный датчик теплообмена для исследований нестационарных быстропротекающих процессов
В настоящее время в соответствии с действующими нормами, контроль состояния тепловой изоляции оборудования проводится путем контактных измерений температур и теплового потока в одной точке на 6 - 10 м поверхности. Результаты тепловизионных обследований оборудования котельных показывают наличие существенной неоднородности температурного поля на участках поверхности тепловой изоляции такой площади, что особенно характерно для дефектных участков. При произвольном выборе точек контактных измерений существует повышенная вероятность как пропуска существенного локального дефекта тепловой изоляции, так и завышения площади распространения выявленного дефекта.
Тепловизионное обследование лишено указанных недостатков. Оно формирует картину распределения температур по поверхности обследуемого оборудования и позволяет точно определять локализацию дефектов.
Однако знание распределения температур на поверхности не позволяет корректно ответить на вопрос, под действием каких факторов сложилось это распределение, поскольку неизвестно температурное поле в сопряженном с исследуемой поверхностью газовом потоке.
С целью апробации разработанной методики тепловизионных исследований процессов теплоотдачи (см. разд. 2.2) была проведена термографическая съемка участка обмуровки котельного агрегата № 4 Новосвердловской ТЭЦ марки БКЗ-320-140 и визуализация температурного поля потока, омывающего его поверхность с помощью сетки-преобразователя температур.
В момент обследования (12.07.2005 г., 10. - 11. ) паропроизво-дительность котла составляла 280 т/ч. Параметры отпускаемого пара соответствовали номинальным.
При подготовке к термографическому обследованию были проведены следующие мероприятия: 1. Выявлялась область обследования газового потока. 2. Для этой области была выбрана форма, размер и параметры сетки-преобразователя температур.
Объектом обследования стала область обмуровки котельного агрегата вокруг смотрового лючка на отметке 19,8 м. Тепловизионная съемка проводилась с помощью термографа Иртис-200.
В качестве СПТ использовалась сетка из полиэтилена высокого давления с размером ячейки 0,5 х 0,5 мм из нитей толщиной 0,2 мм.
Сетка размещалась в газовом потоке, окружающем оборудование. Обрез СПТ, обращенный к исследуемой поверхности, повторял её форму и при опытах отстоял от этой поверхности на расстояние в среднем 2 мм по всей линии сопряжения. Размеры области потока, перекрываемой сеткой, составляли 0,8 х 2 м.
За термовизуализирующей сеткой размещалась экранирующая поверхность, на которую была натянута чёрная бархатная ткань Размеры экрана превышали размеры сетки на 0,5 м во всех направлениях кроме линии сопряжения. Область измерения фотографировалась с помощью цифровой камеры «Olimpus» с матрицей 6 Мріх.
Общий вид области измерений представлен на рис. 4.1.1. Схема обустройства рабочего участка котельного агрегата приведена на рис. 4.1.2.
По термограмме поверхности лючка можно сделать следующие выводы. Лючок прогрет неравномерно: разброс температур составляет 80 - 111 С. Хорошо заметно, что втулка лючка имеет более низкую температуру - около 80 С, что объясняется отводом тепла через ручку открытия люка.
Область под втулкой имеет среднее значение температуры, следовательно, имеют место тепловые перетоки во втулке люка. Температура поверхности обмуровки на удалении 200 мм от краёв люка составляет 50 С, а в области непосредственного примыкания к металлу лючка достигает 70 С.
Каких-либо других выводов о термическом состоянии описанного выше объекта по приведенной термограмме, полученной с помощью традиционной методики, сделать затруднительно.
Полная картина термической ситуации в рассматриваемой зоне с визуализацией температурных полей в газовых потоках приведена на рис. 4.1.3.
Поскольку характер распределения температур конкретно на поверхности лючка уже описан выше, то на данной термограмме температуры лючка были вычленены и выделены одним цветом для того, чтобы более ярко отразить температурное поле газового потока.
В нижней части термограммы (перед лючком) виден тепловой пограничный слой - область А, который формируется воздухом, поднимающимся с более низких уровней обмуровки.
В верхней части термограммы область Б представляет собой дальнейшее развитие этого слоя, происходящее за счёт дополнительного сильного теплоподвода от раскалённой поверхности лючка.
В средней части термограммы наблюдается развитая область горячего потока В, которая формируется разогретой ручкой люка.
Можно отметить взаимодействие областей Б и В, показывающее, что даже удалённые от поверхности обмуровки элементы оказывают влияние на термическое состояние этой поверхности.
Общая толщина теплового пограничного слоя определялась по термограмме с более редкой расстановкой температурных интервалов на цвето-температурной шкале (рис. 4.1.4).
Максимальная толщина теплового пограничного слоя в исследуемой области достигала 640 мм (при контрольной температуре 40 С).
По описанной в разделе 2.2 методике были найдены локальные тепловые потоки на нескольких уровнях обмуровки.
Оказалось, что от поверхности обмуровки в области Б плотность теплового потока q составила 112,08 Вт/м2. При этом разность температур на верхней границе пограничного слоя составила 40 С, а максимальная температура поверхности обмуровки — 70 С.
Полученные значения плотности теплового потока от обмуровки были сопоставлены с данными, приведенными в отчете по энергетическому обследованию с использованием тепловизора АОЗТ «ТТМ» (г. Санкт-Петербург). По их данным средняя плотность теплового потока с поверхности обмуровки при таких же условиях, рассчитанная согласно «Методическим указаниям по испытанию тепловой изоляции оборудования и трубопроводов ТЭС», составила 146 Вт/м2. Различие в указанных значениях q может быть объяснено неодинаковыми условиями стесненности восходящего потока обвязочными конструкциями котла (площадки, переходы и т.д.), что приводит к деформации пограничного слоя.
Средняя плотность теплового потока q от поверхности люка, определенная по описанной в разделе 2.2 методике, составила 198,14 Вт/м . Расчеты показали, что тепловой поток, снимаемый с поверхности лючка соответствует тепловым потерям с 7 - 8 м поверхности обмуровки.
